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宇宙内最不寻常的区域被发现 5亿光年的巨大空洞究竟是什么?

漫步宇宙 2018-08-22 11:28:38 阅读:

 

科学家在宇宙内发现一个巨大虚空,宽度达到5亿光年,星系数量远低于相关理论想定。研究论文主执笔人、加州大学河滨分校天文学家乔治·贝克表示:“从某种程度上说,这是我们在宇宙内发现的最不寻常的区域。”

宇宙内最不寻常的区域被发现 5亿光年的巨大空洞究竟是什么?

橙色区域为星系,深蓝色为“虚空”

正常情况下,每立方米地球空气拥有大约25乘1000的8次方个分子,足以填满我们的肺,让我们保持正常的身体机能。如果处在星系之间的太空,情况则完全不一样,平均5立方米才有大约1个原子。

宇宙浩瀚无边,在窥探银河系深处时,天文学家仍能探测到极少量气体。这是因为当恒星和星系的光线穿过宇宙内的气体,特定波长的光线会被物质吸收,哪怕物质只是零星分布。在地球上,科学家能够探测到相关信号。

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仙女座星系

现在,星系间气体非常均匀地分布在拥有137亿历史的宇宙。光线穿过时往往受到阻隔同时以统一且具有可预测性的方式射出。不过,这种情况并非贯穿宇宙的整个演变史。在宇宙只有10亿岁时,星系间气体的不透明度超过现在并且因地而异,而不是均匀分布。进一步了解这种变化有助于科学家窥探早期宇宙的秘密。为此,天文学家将目光投向宇宙的“虚空”。

根据《天体物理学杂志》刊登的一篇研究论文,科学家在宇宙内发现一个巨大虚空,宽度达到5亿光年,星系数量远低于相关理论想定。研究论文主执笔人、加州大学河滨分校天文学家乔治·贝克表示:“从某种程度上说,这是我们在宇宙内发现的最不寻常的区域。”

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夏威夷莫纳克亚山的昴星团望远镜

借助夏威夷莫纳克亚山上的一架高性能望远镜,贝克和同事对一片广阔的夜空区域进行观测,搜寻年轻星系。通常情况下,一片暗淡且不透明的太空区域充斥着气体和星系,但他们并未发现大量星系。虽然气体的浓度较高,达到每立方米60个原子,但并非气体遮挡了天文学家的视线。贝克等人观测的气体,特定波长的紫外线无法逾越,但可见星光等波长的光线能够穿过。

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大爆炸后宇宙迅速膨胀,温度随之降低

如果这片巨大虚空存在大量星系,贝克能够探测到它们的存在。虽然他们发现了一些星系,但数量不足以解释如此高的不透明度。贝克认为这片区域可能经历了宇宙演变史上的一个特殊时期。大爆炸后,炙热物质向外飞射。随着时间的推移,包括氢(新形成的元素之一)在内的一切物质趋于冷却。

氢气一直保持中性,并不带电,直至星系开始形成。此时,由于正在形成中的星系与氢气之间发生交互,某些氢气再次带电,即再度离子化。离子化氢气几乎完全透明,中性氢气则拥有较高的不透明度,导致某些波长的紫外线无法穿过。

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大质量星系团的模拟图

蓝-紫色为暗物质,红色、橙色和白色区域为超新星喷射的气体或者超大质量黑洞的喷流

这片虚空为何拥有很高的不透明度?一种解释是,它可能仍处在宇宙早期黑暗时代和再电离之间的过渡阶段。奥克拉荷马大学天文学家费拉·穆什指出:“揭示再电离过程具有非常重要的意义,有助于我们了解当前星系的大规模结构和分布,它们从何而来以及首先形成何种类型的星系。”穆什并没有参与此项研究。

穆什表示这是一项非常令人着迷的新研究,因为他们进行了一项理论天体物理学家一直思考的测试。穆什通过电脑模拟,再现星系诞生至今的演化过程。为了研究的准确性,她需要进行贝克这样的观测来调整模拟参数,以精确模拟星系和宇宙的演化。穆什和其他理论天体物理学家正在思考贝克等人的观测发现如何在将来的某一天应用于他们的模拟。贝克希望他和同事能够在未来几个月观测夜空的其它区域。

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