探秘宇宙空洞

超级电脑对宇宙的模拟。中央明亮物体是一个星系团，质量为太阳的1千万亿倍。占据宇宙大部分质量的细丝间充满了巨型球状空洞。

近日宇宙学家意外的发现，组成宇宙一半以上的巨型宇宙空洞会使得空洞边界以外的恒星看起来比实际更明亮。观测遥远宇宙多年的天文学家发现宇宙拥有一个多泡结构，内部的细丝和星系相互纠缠形成一张被巨型空洞分隔的扭曲的网。这些宇宙空洞内部的星系数量非常少，使得它们与其它环绕的巨型结构相比显得非常空。

“从宏观角度讲，你可以把宇宙看做一个星系和星系群组成的动态网，它们处在不断成长和进化的过程中。它们吞噬周围的物质，从而形成星系群之间巨大的空洞，后者相对非常空旷，几乎不存在星系或者其它物质。”南非开普敦大学的宇宙学家克里斯·克拉克森（Chris Clarkson）这样说道。

星系的引力包裹了时间和空间织布从而能够极大的弯曲经过它们的光线的路径。这个被称为引力透镜的现象有点类似于正常透镜弯曲经过它的光线的原理。星系能够放大穿过引力透镜的光线，使得它们后面的图像看起来更明亮。同时弥漫在整个宇宙的气体尘埃也会产生轻微程度的引力透镜导致的变亮效应。

由于宇宙空洞并不包含足够多的气体和尘埃，因此研究人员认为它们可能导致空洞背后的恒星看起来并不那么明亮——至少会比预想的暗淡。然而，近日一支国际科学家小组惊讶的发现宇宙空洞也会导致背后的恒星变亮。

这种“反透镜效应”的原理首先建立在宇宙是在不断膨胀的事实基础上。星系通过引力互相吸引从而减慢宇宙扩张的速度，但是由于宇宙空洞相对非常空旷，使得它比宇宙其它物质的膨胀率要更高。较高的膨胀速度意味着，相对于宇宙整体的膨胀率，靠近空洞的恒星和星系正在朝地球靠近，而位于空洞远侧的则远离地球。这个原理类似于救护车的汽笛声距离目标物体越近时声调越高，远离目标物体时声调则变低。

来自空洞近侧的星光的波长会朝光谱中蓝色范围移动，而从空洞远侧发出的星光则会略微变红，或者发生红移，一种又名多普勒效应的现象。因为宇宙在不断的膨胀，因此物体越远，它产生的红移效应越明显。“因此，简单来说，我们用天体的红色程度确定它的距离。” 克拉克森这样说道。

此外，一个天体越遥远，它到达地球的光线越少，同样的，一个天体红移效应越多，天文学家认为它越明亮。宇宙空洞的反透镜效应会导致位于空洞远侧的天体进一步变得更红，后者因宇宙膨胀本身已经产生红移。同样的，“我们把距离算错了——天体的实际距离没有我们预想的那么远。” 克拉克森说道。

因此，研究人员按照预想的距离推测出恒星的亮度要比实际情况更亮。以一个13亿光年远3.25亿光年宽的空洞为例，位于远侧的星系将比实际的看起来亮1%，距离也将比实际的远300万光年。

宇宙空洞的反透镜效应对接下来进行的天文调查的计算至关重要，后者旨在检测与星系群有关的小型引力透镜效应，它并或可能帮助科学家更好的理解神秘不可见的暗物质，后者据称组成了5/6的宇宙。

“这项天文调查要求越来越精确，所以即使是诸如引力透镜效应这样相对微弱的效应也应该严肃对待，否则我们很可能会得出错误的结论。”英国帝国理工学院的宇宙学家阿兰·海文斯（Alan Heavens）这样说道。

凤凰科技（编译/严炎刘星）