可观测Universe第53章 牧夫座空洞

牧夫座空洞 · 描述：宇宙中的巨大“虚无” · 身份：一个巨大的宇宙空洞直径约2.5亿光年距离地球约7亿光年 · 关键事实：这个区域内星系的密度远低于宇宙平均值其空旷程度挑战了关于宇宙大尺度结构形成的某些模型。

牧夫座空洞：宇宙奶酪上的巨洞（第一篇·从“均匀海绵”到“宇宙虚无”的认知革命） 当我们仰望星空看到的银河像一条撒满碎钻的丝带猎户座的亮星刺破黑暗仙女座大星云像模糊的光斑——这些熟悉的景象让我们误以为宇宙是“均匀的”：星系像沙子一样均匀撒在空间里没有明显的缝隙。

但20世纪70年代末一组天文学家的计数实验彻底打破了这个幻觉：宇宙不是海绵而是布满巨大空洞的“瑞士奶酪”——其中最大的那个就是位于牧夫座的“超级空洞”（Bootes Void）。

这是人类第一次真正意识到：宇宙的大尺度结构远比我们想象的更“崎岖”。

牧夫座空洞不是“没有星星的地方”而是一个密度远低于宇宙平均水平的“宇宙荒漠”——直径2.5亿光年的区域内星系数量不足正常区域的1/10甚至比我们银河系附近的“本地空洞”（Local Void）还要空旷十倍。

它的发现不仅改写了我们对宇宙结构的认知更成为检验暗物质、宇宙膨胀模型的“天然实验室”。

一、宇宙大尺度结构：从“均匀假设”到“泡沫宇宙” 要理解牧夫座空洞的意义我们必须先回到宇宙学的起点：宇宙是均匀的吗？ 在爱因斯坦的广义相对论框架下宇宙的演化取决于两个关键因素：物质的密度（包括可见物质和暗物质）与宇宙的膨胀速率。

20世纪20年代哈勃发现星系红移（宇宙膨胀）；30年代兹威基提出“暗物质”假说（解释星系团的质量缺失）；50-60年代大爆炸理论成为主流——但关于“宇宙大尺度结构”的问题却一直悬而未决。

1. 早期的“均匀宇宙”信仰 1950年代天文学家通过光学观测发现星系似乎“随机”分布在宇宙中没有明显的聚集或空洞。

1965年彭齐亚斯和威尔逊发现宇宙微波背景辐射（CMB）——大爆炸的“余晖”其温度在全天空的差异只有十万分之一。

这让科学家们相信：宇宙在大尺度上是均匀且各向同性的（即“宇宙学原理”）——无论你站在宇宙的哪个角落看到的景象都是一样的物质分布也没有明显的差异。

这种“均匀假设”成为当时宇宙学模型的基石。

比如1970年代的“热暗物质模型”（假设暗物质是高速运动的粒子如中微子）认为宇宙中的星系会均匀形成不会有太大的空洞——因为暗物质的引力会“抹平”密度差异。

2. 计数实验的“意外发现”：宇宙不是均匀的！ 1977年美国天文学家吉姆·皮布尔斯（Jim Peebles）和耶利米·奥斯特里克（Jeremiah Ostriker）做了一个“简单却致命”的实验：统计不同天区的星系数量。

他们用帕洛玛天文台的48英寸施密特望远镜拍摄了多个天区的照片然后数里面的星系数量再对比“均匀宇宙”模型的预期值。

结果让他们震惊：某些天区的星系数量比预期少了整整一半！比如在牧夫座方向（赤经14时30分赤纬+30度）一个直径约1亿光年的区域内星系数量只有预期的1/3。

这意味着宇宙中存在“低密度区域”——星系在这里“消失”了。

1981年加拿大天文学家保罗·柯林斯（Paul Collins）和悉尼·冯·德·伯格（Sydney van den Bergh）用加拿大-法国-夏威夷望远镜（CFHT）的更深入观测确认了这个“空洞”的存在：它的直径至少有2亿光年中心区域的星系密度只有宇宙平均的1/10。

他们将其命名为“牧夫座空洞”（Bootes Void）——以它所在的牧夫座命名。

二、牧夫座空洞的“真面目”：2.5亿光年的宇宙荒漠 牧夫座空洞的发现并没有结束疑问——反而引发了更多问题：它到底有多大？有多空？里面有什么？ 1. 基本参数：宇宙中的“超级空洞” 根据后续的观测（如2dF Galaxy Redshift Survey、SDSS、eROSITA等 surveys）牧夫座空洞的参数逐渐清晰： 直径：约2.5亿光年（相当于250个银河系的直径或从地球到仙女座星系距离的60倍）； 距离：约7亿光年（红移z≈0.08属于“近宇宙”空洞）； 体积：约8×10??立方光年（相当于102?个地球的体积）； 本小章还未完请点击下一页继续阅读后面精彩内容！。

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