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第73章 本地空洞
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暗物质晕:暗物质在引力作用下形成的晕状结构,支撑着星系和空洞的边界。

本星系群:包含银河系在内的小星系群,位于本地空洞的边界。

室女座超星系团:距离银河系约5000万光年的大星系团,是银河系的运动方向。

(注:文中数据来自SDSS-IV、、2dF星系红移巡天等项目,以及《宇宙大尺度结构》《本地宇宙的演化》等文献。)

(本地空洞科普五部曲·第一篇)

本地空洞(宇宙空洞)科普长文·第二篇:暗物质的“隐形骨架”与银河系的“郊区生活”

当我们用SDSS-V(斯隆数字巡天第五阶段)的望远镜指向本地空洞的方向,屏幕上不会出现璀璨的星系团,只有一片稀疏的光点——像撒在黑色绒布上的碎钻,偶尔有几颗稍亮的“钻石”(比如室女座星系团),其余都是模糊的背景。但天文学家知道,这片“空旷”之下藏着宇宙最复杂的“隐形结构”:暗物质的骨架、星系与气体的流动,以及银河系“郊区生活”的全部秘密。

第一篇我们揭开了本地空洞的“位置与轮廓”,这一篇要钻进它的“物质肌理”——看暗物质如何支撑起这个“宇宙洞穴”,看它与周围纤维结构的“物质交换”如何喂养银河系,看我们如何在这个“郊区”里,过着受暗物质引力支配的“宇宙生活”。

一、本地空洞的“物质账本”:暗物质占85%,普通物质是“稀有品”

宇宙的“物质构成”是个永恒的谜题,而本地空洞是解开这个谜题的“天然实验室”。根据引力透镜观测(Gravitational Lensg)和宇宙学模拟(ological Siutions),本地空洞的总质量约为1.2×101?倍太阳质量,其中:

暗物质:占85%(约1.02×101?倍太阳质量),像一张无形的“骨架”,支撑着空洞的结构;

普通物质(重子物质):占15%(约1.8×101?倍太阳质量),主要以恒星、气体和尘埃的形式存在,集中在本星系群和室女座星系团。

1. 暗物质的“证据链”:从引力透镜到星系运动

暗物质看不见、摸不着,但它的“引力指纹”无处不在:

引力透镜效应:本地空洞周围的暗物质晕会弯曲背景星系的光线,形成弧状结构或多重像。比如,SDSS-V观测到,背景星系“J1000+0221”的光线被本地空洞的暗物质晕弯曲,形成了一个完美的“爱因斯坦环”——这是暗物质存在的直接证据。

星系的“超光速”运动:本星系群中的星系(比如银河系、仙女座星系)运动速度约为300公里/秒,远超过可见物质(约1×1012倍太阳质量)的引力所能支撑的“逃逸速度”(约150公里/秒)。多出的150公里/秒,正是暗物质的引力贡献——它像一根“隐形的绳子”,把星系拴在空洞里。

2. 普通物质的“聚居地”:本星系群与室女座星系团

本地空洞的普通物质非常“集中”,90%以上都在两个区域:

本星系群:包含银河系、仙女座星系(M31)、三角座星系(M33)等约50个小星系,总质量约1.5×1012倍太阳质量。这些星系的恒星形成率极低——银河系每年仅形成1-3倍太阳质量的恒星,远低于宇宙平均水平(约10倍太阳质量/年)。

室女座星系团:距离银河系约5000万光年,是本地空洞内最大的星系团,包含约2000个星系,总质量约1×101?倍太阳质量。这里的气体密度高达10?2原子/立方厘米(是本地空洞内的100倍),所以恒星形成率很高——每年约形成100倍太阳质量的恒星。

普通物质的“集中”,本质上是暗物质引力筛选的结果:暗物质的分布决定了哪里能聚集足够的气体和恒星——纤维结构的暗物质晕更密,所以能形成星系团

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