银河系,竟然可能住在一个直径二十亿光年的空洞里?我们以为自己看见了宇宙的真相,却可能连住的地方都没搞清楚。
更离奇的是,这个空洞,可能正在干扰科学家对宇宙膨胀速度的判断。困扰天文学家多年的一道难题,答案也许就藏在我们周围的黑暗里。
事情要从两个对不上的数字说起。科学家发现,遥远的星系正在远离我们。整体来看,距离越远,退行速度越快。这就像一块不断发起来的面团,里面的葡萄干,也会越离越远。
为了描述这种膨胀,科学家需要一个关键数值,叫哈勃常数。可奇怪的是,换一种测量方法,答案竟然变了。就像两块都经过校准的表,偏偏走出了不同的时间。
一组科学家研究大爆炸留下的余晖,再结合宇宙模型,推算今天的膨胀速度。另一组则盯着附近的星系,利用造父变星和超新星,一步步测出距离,再计算它们离开的速度。
按理说,两条路最后应该走到一起。结果,附近宇宙测出来的膨胀速度,却比早期宇宙推算的更快,差了大约百分之八。这个差别看着不大,放进精密的宇宙模型里,却足以让整套解释对不上。
这就是哈勃张力。研究者不断检查仪器、距离和恒星亮度,甚至用韦伯望远镜更清晰的视野,复核哈勃望远镜的观测。可问题并没有就此消失。于是,一个让人不安的念头出现了:我们是不是漏掉了什么?
有人尝试寻找新的物理机制。也有人把目光从宇宙深处,收回了我们脚下。会不会物理规律没出问题,而是银河系所在的这片区域,根本就没有我们想象中那么普通?
把镜头拉远,你会发现,宇宙里的星系并不是均匀撒开的。它们沿着巨大的丝状结构聚集,彼此交织,形成一张宇宙网。明亮的节点,是星系扎堆的地方;节点之间,却留下了大片稀疏的区域。
这些地方,就叫宇宙空洞。别被名字骗了,它不是一个把东西吸进去的黑洞,也不是彻底空无一物。那里依然有星系、气体和暗物质,只是跟周围相比,实在太少了。
这种结构,是引力一点点塑造出来的。原本物质稍多的地方,吸引更多物质聚集;原本稀疏的地方,则变得更加稀疏。经过漫长的演化,宇宙就像一块海绵,有密集的骨架,也有巨大的空隙。
问题是,我们会不会就住在其中一个空隙里?二〇一三年,有研究者统计附近的星系,并测量它们发出的近红外光,发现银河系周围的星系密度,可能低于更远处的平均水平。
按照这类研究的估计,这片低密度区域,半径可能接近十亿光年,直径约二十亿光年。它被称为KBC空洞。也就是说,连银河系和附近许多星系,都可能只是这片巨大稀疏区域里的少数住户。
但少几个邻居,怎么就能影响宇宙膨胀的测量?关键在于,科学家看见的星系运动,除了宇宙整体膨胀,还可能叠加周围物质分布造成的额外运动。
假如我们身处一个足够大的低密度区域,里面的物质,就可能相对向更密集的外围流动。你站在其中往外看,附近一些星系远离的速度,就会受到这种运动的影响。
如果把这些额外变化,全都算成整个宇宙的膨胀,得到的数值就可能偏高。就像坐在一条正在移动的船上判断岸边的速度,先把自己所处环境的运动弄清楚,才能知道眼前的变化,到底来自哪里。
在一些空洞模型中,这种影响确实有机会解释膨胀速度的部分差异。于是,那两个吵了多年的数字,也许不需要靠全新的物理规律来调和,而需要先补上一张更准确的宇宙邻里地图。
可这个解释再漂亮,也不能直接当成答案。研究者还需要另一把尺子,来检查它到底靠不靠谱。宇宙早期留下的物质分布印记,就提供了这样的工具,叫重子声学振荡。
你可以把它理解成远古声波留下的痕迹。声波早已不再以当年的形式传播,但它影响过的物质分布,仍然保留着某种特征尺度。科学家研究不同距离上的这种尺度,就能检验宇宙膨胀的模型。
一项针对这个问题的研究,把多年积累的四十二组相关测量放在一起比较。研究团队发现,在他们采用的模型和数据分析中,加入本地空洞以后,一些原本对不上的地方,确实变得更吻合了。
这让空洞假说更值得认真研究,却还不能证明,银河系一定住在这样一个巨大的空洞里。因为星系统计会受到观测范围、样本选择和分析方法的影响。换一批数据,或者换一种处理方式,结论就可能发生变化。
而且,这个空洞不能想画多大就画多大,也不能想挖多深就挖多深。它既要解释附近的观测,又不能跟其他宇宙数据冲突。能让一道题的答案对上,还不够;它必须经得起更多测量的检验。
所以,真正的问题已经变成:我们看到的,是整个宇宙的普遍规律,还是自己这个特殊住址带来的局部印象?只有把更多星系的位置和运动测清楚,我们才能分辨,这片黑暗究竟有多大。
我们总以为,看得足够远,就能理解宇宙。可这一次,答案也许取决于另一件事:在判断整个宇宙之前,我们有没有先搞清楚,自己到底住在哪里?
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