宇宙中万物都在进行一场十分复杂的舞蹈,它们不断地被其他大质量物体拉向不同的方向。整个宇宙的运动,包括行星如何围绕恒星旋转,恒星如何围绕星系运动,以及星系如何在太空中移动等等,都可以用引力来解释。然而,研究者表明我们不仅仅被拉向不同方向,我们还在被一种神秘的力量所“推“动,今天就让我们一起揭开“这推动我们星系的巨大力量”的神秘面纱吧。
为了理解这种力量是如何影响我们在宇宙中的速度的,我们可以把宇宙结构作为基础开始了解。诸如太阳系等等的行星系统由一颗恒星和绕其运行的物体(如行星)组成。一个星系由数百万颗恒星组成,其中许多恒星有自己的行星系统,除了这些,还有气体、尘埃和暗物质。我们的太阳系位于一个被称为“本星际云”的巨大云气中,它是我们银河系猎户臂的一部分。
并且就像恒星在引力的作用下聚集在一起一样,银河系也是如此,也会受到引力而聚集。银河系就位于“本星系群”中,银河系,连同仙女座星系和三角星系,以及几十个较小的矮星系组成了这个“本星系群”。一般来说,一个星系群是由50个或更少的星系组成的,而对于更多星系的聚集——50个或更多——则被称为“星团”。总而言之,我们的“本星系群”的直径约为1000万光年。
我们的星系邻居在太空中都相隔很远,但宇宙结构的规模比这更加辽阔。“超星系团”是常规星系团和星系群共同形成!我们“本星系群”所在的超星系团叫做“室女座”。然而令人难以置信的是,在可观测宇宙中,估计总共有1000万个(或更多)超星系团!在很大程度上他们是相互关联的。除了这些实体星球外,还有更广阔的区域——那就是宇宙空间——几乎没有任何东西,它们与我们同样息息相关,生活在同一个世界中。
宇宙中所有的星系、星系团、星系团和超星系团都被拉向不同的方向,但整体来说,它们被吸引向质量最大的聚集体。然而,与此同时,宇宙的膨胀也会影响结果。
从宇宙大爆炸以来,膨胀就开始让物体在太空中不受重力影响地移动。为了分离出这个重要的因素,科学家们把星系因重力而产生的速度称为“特殊速度”。
现在,让我们回到“神秘的力量”。它在推动着银河系。碰巧的是,我们的整个宇宙正被拉向另一个巨大的星系聚集地——夏普力超星系团。但问题是,即使考虑到膨胀的因素,这个引力仍然不能使我们加速得如此之快。这些数字加起来就是不能与我们的数据相符……
于是,科学家在2017年提出了另一种力量的存在——我们的“神秘”力量。这神秘的力量,在银河系的另一端,推动银河系(包括我们)前进。科学家称这种力为偶极排斥力(或译为“偶极墟”)。
然而,产生偶极排斥力的天体实际上是一个特别大的宇宙空洞,一个超级空洞!怎样得出这个结论呢?利用红移和蓝移观测,研究人员绘制了我们所在宇宙区域的引力流图,即“宇宙流项目”。在这个过程中,首席研究员耶胡达•霍夫曼教授发现,本星系群的实际速度并没有达到预期的水平。我们又只能解释为,存在着另一个级大的力压着我们,阻碍我们前进。事实上,这个天体(也可能是缺少的天体)占了我们朝向夏普利超星系团运动速度的50%。
霍夫曼解释道:“除了被力拉向夏普力集中,我们也被力向新发现的偶极排斥力推移。”
但“偶极排斥”这个名字可能有点误导。它的功能是排斥我们,但实际上它根本没有对我们施加任何力量……我们知道万有引力是宇宙各种力中最独一无二的,因为物体在引力的作用下总是相互吸引,而从不相互排斥。
然而,虽然通常认为它不能推动我们,但它似乎可以。
如果我们将本星系群¹想像成是一个金属球而同时将沙普利超星系团²当做是一块巨大的磁铁,那本星系群就会自然地向后者的方向滚去。然而,对于我们的宇宙空间来说,我们有来自一个方向的巨大拉力,却缺乏源自另一方向的力——来自偶极墟超空³的力。正如天体物理学家伊森•西格尔(EthanSiegel)所阐释的:“引力从不是排斥性的,但如果在一个方向上的引力比其他任一方向的都要小的话,那引力与排斥力的表现并不会有什么区别。”这便是此处正在发生的事。
偶极墟是一种只能容纳很少物质的巨洞,但它并非是完全空着的。它只是相较于宇宙中其他拥有着大量恒星、星系以及行星的地方来说是空的。这就是为什么它施加的引力基本上是一个不明显的量。好似一个处在宇宙中的鬼城一样的它,距离地球约五亿光年,并与沙普利超星系团的方向相反。但是,即便如此,我们的“神秘之力”也应该归咎于它。虽然在那儿几乎什么都没有,但仍然有着重要的“神秘之力”,虽然那里几乎什么都没有,但仍然有着重要的影响。至今为止,我们还没有直接观察到偶极墟的存在。
对其存在进行理论化的科学家们已从星系的速度相对于吸引我们的物质的数量推断出了它的存在。通过望远镜去观察任何大小的巨洞或暗斑都是不易的,因此我们对它们的观测通常是基于间接证据的。不过,为更进一步地研究,现下的目标是更加严密地观察偶极墟中包含的数个星系。“多亏”宇宙尘在我们和它们间的道路上杂乱地堆积着,这目标成为了一个挑战。但如果我们能对这些地方有更好的认知的话,我们也将可能更好地知道我们为什么会像现在这样在太空中运动。
绘制总宇宙的引力流图是人类接下的关键一步,了解像偶极墟等结构的细节在未来理应是至关重要的。与此同时,为了准确掌握星系运动的速度及原因,天体物理学家在发射航天器时常常利用引力。宇宙航行并非是将探测器对着一个方向然后打开其推进器那样简单轻松。处于引力风中的探测器的航行效率要高很多,并且科学家们目前正利用着其他行星的引力来使探测器加速或改变太阳系内探测器的方向——这是一种被称作引力加速或弹射⁴的妙法。
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