大小:直径约1.5亿至2亿光年(最新数据来自SDSS-IV,误差±1000万光年);
位置:银河系位于本地空洞的西南边缘,距离空洞中心约7000万光年;
密度:本地空洞内的星系密度仅为宇宙平均密度的40%,是银河系周围最空旷的区域。
这些数据让天文学家确信:本地空洞不是“局部异常”,而是宇宙大尺度结构的固有组成部分——我们银河系,正坐在宇宙网的“洞口”上。
三、本地空洞的“内部结构”:空洞里的“居民”与边界
本地空洞虽然“空”,但并非“绝对空”——它内部仍有少量星系,只是密度极低;而它的边界,则是连接周围纤维结构的“过渡带”。
1. 空洞内的“小星系群”:本星系群与室女座星系团
本地空洞内的星系,主要集中在两个区域:
本星系群(Local Group):包含银河系、仙女座星系(M31)、三角座星系(M33)等约50个小星系,质量约为1.5×1012倍太阳质量;
室女座星系团(Virgo Cluster):距离银河系约5000万光年,是本地空洞内最大的星系团,包含约2000个星系,质量约为1×101?倍太阳质量。
这些星系之所以能“存活”在空洞内,是因为它们受到了周围纤维结构的引力牵引——比如,室女座星系团通过纤维连接到更密集的宇宙网区域,避免了被空洞的“低密度引力”撕裂。
2. 空洞的边界:纤维结构的“边缘效应”
本地空洞的边界,是纤维结构与空洞的过渡带——这里的星系密度从空洞内的40%逐渐上升到纤维的100%。比如,银河系所在的“本星系群”,就位于这个过渡带上:它的一侧是本地空洞的低密度区域,另一侧是连接到室女座超星系团的纤维结构。
这种“边界效应”,让本地空洞成为一个“动态区域”:星系会从纤维结构“坠落”到空洞,也可能被空洞的“低密度引力”推回纤维——银河系的运动,正是这种动态的体现。
3. 空洞的“邻居”:其他宇宙空洞与纤维
本地空洞并非孤立存在,它与其他宇宙空洞和纤维结构相连:
北方邻居:Bootes空洞(牧夫座空洞),直径约3亿光年,是宇宙中最大的空洞之一;
南方邻居: Sculptor空洞(玉夫座空洞),直径约1亿光年,包含少量星系;
连接纤维:通过Great Wall(长城结构)连接到更密集的宇宙区域,比如Shapley超星系团(沙普利超星系团)。
这些连接,让本地空洞成为宇宙网中“物质交换”的通道——星系和暗物质会通过纤维在空洞与密集区之间流动。
四、本地空洞的“形成之谜”:从初始涨落到引力演化
为什么宇宙中会有本地空洞这样的“空白区域”?答案藏在宇宙大尺度结构的形成理论里——它是早期宇宙密度涨落与引力相互作用的结果。
1. 宇宙的“初始种子”:暴胀时期的密度涨落
根据宇宙暴胀理论(Cosmic Inflation),宇宙在大爆炸后10?3?秒经历了指数级膨胀,期间产生了微小的密度涨落(Density Fluctuations)——某些区域的物质密度比周围高10??(百万分之一)。这些涨落,是宇宙结构的“原始种子”。
2. 引力的“筛选”:密集区坍缩,空洞区膨胀
在接下来的138亿年里,暗物质(占宇宙总质量的85%)的引力开始发挥作用:
密集区:初始密度稍高的区域,引力吸引更多物质,逐渐坍缩形成星系团和纤维;
空洞区:初始密度稍低的区域,引力不足以吸引足够物质,导致区域膨胀,形成空洞。
本地空洞的形成,正是因为它对应的初始密度涨落比周围低——引力无法快速坍缩这个区域,导致它逐渐“膨胀”成今天的样子。
3. 暗物质的“隐形之手”:空洞的稳定性
暗物质在本地空洞的形成中扮演了关键角色:
暗物质的引力,让空洞的边界保持稳定,不会被周围纤维的引力完全吞噬;
暗物质的分布,决定了空洞的形状——本地空洞的椭圆形状,正是暗物质晕的分布决定的。
天文学家通过引力透镜观测(Gravitational Lensing)验证了这一点:本地空洞周围的暗物质晕,形成了一个“隐形框架”,支撑着空洞的结构。
五、本地空洞的“运动密码”:我们为何被“推”出空洞?
一个关键的观测事实:银河系正以每秒约200公里的速度,远离本地空洞的中心——我们正在被“推”向室女座超星系团所在的纤维结构。为什么会这样?
1. 局部引力的“牵引”:纤维结构的吸引力
这章没有结束,请点击下一页继续阅读!