仰望夜空，总是被星星所吸引，而星星之间的空间，那些黑暗区域很少被人关注得到。实际上，这些看起来什么都没有的区域，也是宇宙的组成部分。甚至和太阳之类的天体以及更大的星系比起来，这些什么都没有的区域，占据面积比前者还要更大。两者结合在一起，才共同构成了宇宙的全部。问题在于，为何宇宙空间有些地方会分布星系，而有的地方则绵延数千万光年没有一个星系，难道宇宙的介质是不均匀的？这些星系到底是以怎样的规律分布的？更有甚者提出，我们的银河系会不会就置身于一个巨大的空洞之中？
空洞和纤维状结构的关系
先从我们生活的地球说起，行星虽然不是宇宙中最小的结构，但是相对来说，它犹如宇宙空间内天体构成的基本单位。地球绕着太阳运转，和其他行星一起组成了恒星系统。大量像太阳这样的恒星系统聚集在一起，又构成了像银河系这样的星系。类似银河系这样的结构还能再次聚集，规模小的叫星系群，规模大一点的叫星系团。如果再继续聚集，就形成了超星系团，最后构成了“长城”或者叫“巨墙”这样的大 尺 度结构。所以，天体的组成和由此形成的区域规模是由小到大的。不过，这一切只是宇宙结构的一部分，或者可以粗略看成是构成宇宙整体结构的一半。因为这些天体，从宏观上看是聚集在一起的，可如果从微观上看，各个天体之间又存在距离。就像地球到月球，地球到太阳，太阳到其他恒星之间，各个之间距离远近不同。而在各天体之间的空出区域，比如银河系和周边其他星系，都存在远近不一的空出区域。天文学上，这些区域就叫空洞或者巨洞，可谓简单明了。空洞区域有多大，取决于各个天体之间的距离。空洞和天体的关系，就好比填充物和空出部分的关系。比如一根藕或者丝瓜，它们的内部有相连接的部分，藕是果实相连接，丝瓜是瓤相连。而在相连的区域之间，也有空出的部分。再比如面前有一堆棉花，肉眼看的话，棉絮都紧紧挨在一起。如果是在放大镜下观察，棉絮是庞大的纤维状结构，结构的中间都是庞大的空出部分。宇宙内空洞的存在也是如此。此外，天体组成的星系，在宇宙内并不是均匀分布的，有的宇宙空间内有，有的就没有，或者分布的数量很稀少。从宇宙整体的结构来看，星系组成的大 尺 度结构，和空洞相互依存，有前者的存在就一定会有后者的存在。因为各星系和各个天体并不是紧密挨着的，只要有距离的存在，那么就会有空洞。而且，大 尺 度结构有多大，空洞的规模也就有多大。一个规模和超星系团大小的空洞，在天文学上也被称为超级空洞或者超空洞。从上世纪后半叶开始，天文学家已经发现了大量的空洞，它们在宇宙中分布广泛而且区域面积广大。只是相比于天文学家和外界对星系的关注，长久以来人们对宇宙中空空如也的区域，似乎并没有多大兴趣。不过，空洞区域也并非什么都没有。
空洞区域也有“东西”
再举个例子，把一个房间当成宇宙，一个个气球就是天体，气球簇拥在一起就说星系，房间内没有气球的区域，就可以看作是空洞。就像房间内飘浮的气球不是均匀分布的那样，从三维空间的角度看，宇宙内星系的分布也是不均匀的。天文学家此前观察到，星系组成的大 尺 度结构中，在这些结构的连接区域，星系的分布密度很高。星系之间的相互作用，比如融合、分裂等现象也很频密。而那些没有星系分布的区域，空洞区域实际上也存在少量的星系分布。只不过和动辄数亿光年的空洞尺度比起来，那些位于空洞区域的星系显得很渺小罢了。按照天文学家的测算，宇宙中星系所占据的区域面积不到40%，而空洞所占据的面积，或者从三维空间角度说是体积，却超过了60%。也就是说，空洞占据的区域，要比星系占据的区域要大。在这些大的区域中，一些已知的空洞中，星系的数量只有几十个甚至十几个。这跟星系密度高的区域比起来，数量是相当少的。再举一个不太恰当的例子，星系簇拥而构成的区域，就好比人口密度大的城市。而城市之外的区域好比空洞区域。乡村就像是空洞区域内的少量星系，构成人口稀少且分布密度低。假设一个地区乡村人口增加，最终一个个乡村连成片形成了城市。同样在宇宙中，空洞区域内的星系如果也大量聚集的话，由此也会形成新的星系区域，而且还有可能跟原来的星系区域连成一体。这可不是猜想，而是天文学家的观测和分析。2015年，权威天文学期刊《天体物理学报》，发表了我国的研究人员对空洞区域的最新研究。天文学家发现，空洞区域星系的质量高，恒星相对年轻且形成率也更高。根据测算，这些区域内恒星形成星系的比例，比宇宙其他区域高20%。什么意思呢？就是说现在看起来是空洞的区域，在未来也可能会聚集形成新的星系区域。天体的诞生，就是通过引力的作用，相互吸引并最终由小到大连成了一体乃至一片。这就意味着，空洞区域的星系相比其他星系，还处在较早的演化阶段，形象一点说就说它们的生命刚起步，还处在青少年阶段。不过也有观点认为，空洞区域内的星系，跟其他星系并没有本质差别。这些星系本身总体的性质差别，是由组分的不同所导致的。而国内的研究人员则发现，空洞区域内的恒星年纪更小，所以它们的光度不够高，质量本身也比较小。
本星系群旁边的本地空洞
地球位于银河系，银河系又位于本星系群，就在星系群的旁边，正是一个空间范围巨大的空洞。上世纪80年代，夏威夷大学的天文学家发现了这一空洞，此后它就被命名为了本地空洞。它的跨度很大，延伸区域超过了6000万秒差距，等于2亿光年左右。天文学家推测，从地球出发到本地空洞的中心区域，距离在7500万光年左右。有人就疑惑了，它既然是空空如也的，而且黑咕隆咚的什么都看不到，天文学家是如何确定它的区域面积的呢？其实也不难，就像上面所提到的那样，空洞区域并非什么也没有，同样也有少量的星系分布。在天文学领域，为了和银河系这样动辄由数千亿颗恒星组成的星系做出区分，空洞区域的少量星系和小星系，被统称为矮星系。根据矮星系的分布，就能推算出空洞区域的面积。再者，空洞区域并非是无限延伸的，该区域另一边相连的地方，就是别的星系。所以，通过测算这些大星系结构之间的距离，也能算出空洞区域的面积。但是在天文学家看来，像本地空洞这样星系密度低的空洞区域，没有办法用标准宇宙学的框架去解释它。此前在2010年的时候，有天文学家发表观点指出，需要引入人类还不知道的“第五种力”来解释空洞区域。就是说，有的天文学认为，空洞区域密度低的星系分布，跟星系区域的情况不一样，不能用常规的宇宙学理论去解释。对此，我国的天文学家在2014年的时候，给出了解释和答案。他们通过分析本星系群旁边本地空洞的星系数量，对于星系形成密度低得出了两个原因。第一个原因是，本地空洞所处的区域，在宇宙空间属于低暗物质密度区，这一区域内暗物质晕的密度，要比其他区域的平均密度低很多。而暗物质晕，正是星系形成的基石。第二个原因是，空洞区域内的暗物质晕形成时间较晚，进而也就导致了恒星乃至星系形成的效率比较低。正因为上述这两个因素的存在，最终使得像本地空洞这样的区域内，星系的数量密度远远低于其他宇宙空间。而这一理论，实际上跟国内天文学家在2015年发表的研究是相呼应的，即空洞区域内的星系形成，从时间上看都处于演化的早期阶段。
本星系群两边的空洞
本地空洞只是本星系群一边的空洞，在它的另一边，还有一个区域面积更大的空洞，即南方本超空洞。我们所处的本星系群，就好像是一道“墙”，将两个空洞区域给隔离开了。当然，由于空洞区域的面积太过于庞大，人们进而就觉得，不管是本星系群，还是地球所在的银河系，其实是被巨大的空洞所包围着。比如南方本超空洞，它就在本超星系团的旁边，后者囊括了本星系群和银河系，属于集群概念更大的超星系团。同理，这一超星系团旁边的空洞区域，自然也就很大。南方本超空洞的体积，大概是银河系的6000亿倍，它的区域最窄处的长度，都超过了1.1亿秒差距，其中心区域到地球的距离，大概是9600万秒差距。所以从这些数值看起来，空洞区域的面积，要比星系区域所占据的宇宙空间还要大。
结语
南方本超空洞的区域面积还不够大，2007年时，天文学家就发现过另一个大的空洞，它的直径在10亿光年左右。和其他的空洞区域一样，这个空洞内星系的数量也很少，暗物质的规模也难见其踪迹。这个空洞区域距离地球，在60亿光年到100亿光年之间。空洞区域确实够大，一个个空洞，也像是将星系所处的区域给包围住了。但是反过来说，星系所组成的大 尺 度结构，也将一个个空洞给割裂成不同的区域了。因此从宇宙更宏观的角度去看，星系区域和空洞区域的关系，就是你中有我我中有你，相互包围彼此的关系。而且，目前所观察到的星系和空洞，都是技术水平所能触及的范围。在这之外宇宙的空间究竟有多大，天文学家也不知道。就像我们仰望夜空，那深邃的黑暗并不是边界，而是我们看不透。同理，我们现在的天文观测手段和技术，有没有将宇宙看透呢？ [ 此帖被天人地在2024-01-17 17:07重新编辑 ]
