巨大的虚无可能正在将宇宙分开

暗能量可能是由巨大的虚无虚无的压力引起的,这些虚无可能使宇宙四分五裂。

艺术家对宇宙网络的印象。 (图片来源:Volker Springel(马克斯普朗克天体物理研究所)等人。)
艺术家对宇宙网络的印象。 (图片来源:Volker Springel(马克斯普朗克天体物理研究所)等人。)

新的研究表明,构成宇宙大部分的几乎完全虚无的巨大沙漠可能正在导致宇宙加速膨胀。 这意味着这些大片的虚无可以解释暗能量,一种似乎将宇宙分开的神秘力量。

欢迎来到沙漠

从太阳系和银河系拉远,一个有趣的图案出现了:宇宙网,自然界中发现的最大的图案。 在这些尺度上,整个星系看起来像小光点,天文学家观察到长而细的星系绳索,称为细丝,密集的团块称为星团,以及它们之间几乎完全空无一物的广阔区域。 这些贫瘠的区域是巨大的宇宙空洞,其中最小的有2000万光年宽,而最大的可以超过1.6亿光年。

就像蜘蛛网中的缝隙一样,这些空隙构成了宇宙体积的绝大部分,尽管几乎没有任何物质存在。 事实上,除了从可观测宇宙的一端延伸到另一端的宇宙网本身之外,宇宙空洞是宇宙中最大的单一事物。

虚无的力量

天文学家在 1970 年代后期首次探测到宇宙空洞,但从那时起,它们在很大程度上被忽略了。 天文学家和宇宙学家转而关注宇宙中明亮的结构,例如星系和星团。 通过这些研究,天文学家在 1990 年代发现了一个惊喜:暗能量。

暗能量是观察到的宇宙加速膨胀的名称。这意味着不仅宇宙每天都在膨胀,而且每天都在膨胀。每过一瞬间,它都在以更快的速度扩张。

天文学家不知道是什么推动了这段加速扩张的时期,这似乎始于大约 50 亿年前。因此,暗能量这个词——对于一个巨大的宇宙学难题来说,这是一个很酷的名字。

空洞与暗能量有什么关系?一方面,恒星系统或星系内部感受不到加速膨胀的影响;在那里,物质的引力足以完全压倒它。例如,我们自己的太阳系和银河系都没有因为暗能量而变大。但由于这些空隙几乎完全是空的,他们更容易感受到暗能量的影响。因此,研究这种加速扩张的性质是有意义的,因为它的影响力最强。

由伊朗理论物理学家团队领导的一篇新研究论文将这一思路更进一步。在他们的论文中,7 月发表在预印本数据库 arXiv并接受发表在《皇家天文学会月刊:快报》杂志上,作者声称暗能量不仅仅存在于空隙中,而是由它们引起的。

来自黑暗

这些巨大的空虚区域如何导致加速扩张?根据作者的说法,答案不仅要着眼于宇宙空洞的存在,还要着眼于它们的动力学。

宇宙空洞不只是存在。像宇宙中所有其他大型结构一样,它们从卑微的开始发展到现在的巨大身材。数十亿年前,宇宙中的所有物质都分布得相当均匀;各地的密度差异不大。但随着时间的推移,任何物质含量高于平均水平的地方都会开始吸引更多物质。随着物质的增多,该地区的吸引力就更大,从而推动了更多的增长。数十亿年来,物质积累形成星系、群体和星团。

随着这些结构的增长,空隙被清空和扩大。但与其将其视为一个被动过程,我们可以将空隙的增长视为对它们周围的结构施加压力。例如,随着空隙的增长,它们之间的星系壁会逐渐变薄并最终溶解,从而使空隙合并。在接下来的数十亿年中,这些空洞最终将溶解宇宙网,迫使所有物质成为被数亿光年空虚隔开的孤立团块。

这种压力扭曲了空隙周围的时空,就像宇宙中任何其他物质或能量来源一样。时空扭曲意味着随着空隙的扩大,它们会推动星系边界处的星系,尽管它们之间存在引力,但它们还是会分离。

作者发现,宇宙中所有大空洞共同作用以溶解宇宙网的累积效应导致加速膨胀。这种由空洞驱动的加速膨胀的强度与目前对暗能量的估计相匹配。

天文学家将需要进一步的研究来验证这个想法。一方面,我们需要对空隙进行更多测量,以更好地计算它们的组合压力。此外,我们需要更多关于暗能量本身的信息,尤其是它的强度在过去的几十亿年中是否发生了变化。尽管如此,这是一个有趣的想法:也许暗能量不是由宇宙中的某种奇异力量或过程引起的,而只是空虚正常演化的副产品。

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