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宇宙神秘“超巨洞”:直径超10亿光年

2015-8-25不详佚名
尔瓦(Patricio Vielva)。维尔瓦曾经在2004年领导一个研究组最先发现了CMB信号中的异常低温区。在他看来,巨洞的罕见性仍然尚无定论。而如果最终能够证明在宇宙中这样的巨洞是广泛存在的,那么一个超巨洞的位置恰好与CMB中低温异常区的位置相重叠是由于视线方向重合所导致结果的可能性就会大大升高,或许这种重合仅仅就是一个简单的巧合而已。正是出于这一原因,研究人员目前急切地需要得到更多的数据来判断宇宙中这样的超巨洞究竟有多么罕见。维尔瓦表示:“在目前的阶段,我认为做这件事是最为重要的。”

有没有可能我们的宇宙中充满着“纹形”或缺陷

当穿越巨洞时,光线会损失能量

宇宙微波背景辐射(CMB)的产生过程示意图

“还不够冷”!

然而前面还有一个更大的问题,那就是超巨洞似乎无法在CMB中导致这样大的温度异常。这样大的超巨洞大约只能在CMB中形成低于平均温度20微开尔文左右的低温异常区域,而现实是,观测到的CMB中低温异常幅度达到了70微开尔文左右,在部分区域,这样的异常甚至高达140微开尔文。

对此,一种可能的解释是,这个超巨洞的规模可能比科学家们此前测定的更加巨大。如果这一情况属实,那么其产生的ISW效应将会更加强大。而考虑到萨普迪测定数据的不确定性,这个超巨洞的半径最大可能达到2.7亿秒差距。但即便如此,根据维尔瓦的计算,这样的一个超巨洞结构将仍然不足以产生科学家们在CMB信号中所观察到的那种幅度的低温异常。

事实上,根据目前的宇宙学理论模型,我们的宇宙根本就不可能形成足以产生如此幅度低温异常的超巨洞结构。维尔瓦表示:“问题就在于,你想要用来解释这一现象的那种超巨洞,它根本就不存在。”

可是,如果这种低温异常不是由于巨洞造成的,那还会是什么?维尔瓦认为,或许这与所谓“宇宙纹形”(cosmic texture)有关,低温异常区可能是宇宙中的一种拓扑缺陷(topological defect)。这就有点像水冰内部的裂隙或结构缺陷:当水结冰时,液态的水转变为固态的冰。而随着早期宇宙的演化,这些宇宙中的结构区域也经历了类似的相变过程。在水冰凝固的过程中,当水分子未能完美排列时就会出现内部的结构缺陷。而在宇宙中,则可能出现纹形,这也是一种缺陷。在2007年,维尔瓦帮助证明了,如果纹形的确存在,那么它就可以经由ISW效应而产生符合观测幅度的低温异常区。

但“纹形”的概念仍然还只是一种理论猜测,没有任何实际观测证据可以证明其的确存在。瑞恩·冯-魏格特(Rien van de Weijgaert)是荷兰格丁根大学的一名天文学家,他表示:“纹形是一个非常漂亮的想法,但我们缺乏证据来证明它是否真实存在。”

冯-魏格特指出,对于大多数天文学家而言,一个超巨洞的想法仍然是目前的最佳解释。他说:“到目前为止,这一想法仍然被视作是最令人信服的理论之一。只是在它能够产生的低温异常幅度方面可能还存在一些疑虑,但并没有到完全脱离实际的地步。”

对此,维尔瓦也承认,超巨洞的想法非常吸引人,但在此之前,其无法在足够大的幅度上产生低温异常的问题必须得到解决。

现在,科学家们需要更多的数据。举例来说,如果能有更多的数据,天文学家们就将能够获得有关超巨洞大小和性质的更精确测量。他们也将有望判定在前景方向上是否还存在稍小一些的巨洞,因为如果情况果真如此,它也将帮助增加CMB中异常低温区的降温幅度。再或者,也许情况是这样的:CMB中之所以会出现低温幅度如此之大的异常区域,是因为其原本就存在一些温度稍稍低于周围的区域,然后在这样一个区域上又叠加了一个超巨洞产生的低温效果。

不过,尽管有这样那样的理论观点分歧,物理学家们还不至于晚上睡不着觉。正如英国杜伦大学天体物理学家卡洛斯·弗兰克(Carlos Frenk)所言:“到目前为止,由于不确定性太大,你还不必要到晚上失眠的地步。”但就他个人而言,他表示自己的直觉是,随着越来越多数据的获得以及进一步分析工作的进行,超巨洞模型的理论最终将会被确认是正确的。他说:“很有可能这个理论最终会被证明是正确的。”

如果情况果真如此,那么这种CMB中的低温异常区将会成为对超巨洞这种天体的首次观测测量工作,这种宇宙结构经由ISW效应在CMB信号中留下了自己的痕迹。这项工作非常重要,光是想到超巨洞惊人的规模便已经令人惊讶不已。但这种庞然大物的重要性还不限于此,正如萨普迪所言:“我们将拥有研究暗能量的崭新途径,要知道暗能量是宇宙中最诡异的存在。”

之所以会产生ISW效应,完全是因为我们的宇宙正在加速膨胀,而推动宇宙这样加速膨胀的原动力则正是这种神秘的暗能量。通过对超巨洞引发ISW效应的研究,科学家们将能够探查暗能量在其中施加的影响,从而加深我们对其行为模式以及本质的理解。

但就目前的情况而言,关于CMB中异常低温区的谜题仍然存在着。正如弗兰克所言:“我们只是不知道这故事的结局,没有任何人知道。”

本文来源:不详 作者:佚名

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