CMB图谱的冷暗斑点预示“超级空洞”

2004年，天文学家从宇宙大爆炸之初遗存的辐射或宇宙微波背景辐射（CMB）图谱中发现了一个“小巨蛋”，它是背景图谱上的一块冷暗斑点，在宇宙未来的演变过程中，冷暗斑点将成长为一个巨型的结构或冷暗的、不同寻常的太空“超级天坑”。物理学家在构建宇宙大爆炸理论中预测了一种可能出现的结果，在早期宇宙的“婴儿时期”产生了一些大小不同、或热或冷的斑点。

大大小小的极早期太空斑点表示了未来宇宙的不同区域，然而，“野蛮生长”的超级斑点没有成为物理学家的预测对象。夏威夷大学马诺阿分校下设的天文学研究所的伊什特万·扎普迪博士引领了一支天文团队，他们力图为冷暗斑点的形成找到科学的解释，极早期的冷暗斑点可能预示了在宇宙太空出现的最大单一结构，皇家天文学会举办的《每月通讯》杂志发表了天文团队的研究成果。

宇宙微波背景辐射图谱上的冷暗斑点可能起源于宇宙大爆炸，罕见的斑点现象可能适用于奇异物理学的解释方式。标准宇宙学或宇宙大爆炸物理论很难解释“超级班点”的形成方式。在人们的观测视线和宇宙背景辐射（CMB）之间可能有某种前景结构，从而造成了奇异的冷暗斑点。天文团队认为，冷暗斑点的存在隐藏了某种可能，在今日宇宙的物质分布中有极端罕见的大尺度结构。

扎普迪博士引领的天文团队在观测中使用了夏威夷的Pan-STARRS1 (PS1）望远镜和宽视域勘测探索者 (WISE) 卫星，发现了一个巨型的空洞，“超级空洞”覆盖了大片的太空区域，跨越的尺度达到了18亿光年，空洞区域存在稀疏的星系分布，星系的密度远低于太空中通常的星系分布密度。天文团队将Pan-STARRS1 (PS1）光学波段和WISE红外线波段的观测数据进行整合，计算了每一个星系在空洞的位置和星系的相互距离。在夏威夷大学早些时候的研究成果中，天文学家在冷暗斑点内发现了一块小的区域，从小的区域发现了相对近距离的天体结构。

天文学家发现附近的大尺度结构比较困难，发现遥远的大尺度结构比较容易，在发现近距离的大尺度结构时，他们需要绘制大范围的“太空地图”。以PS1和 WISE 的观测数据为依据，扎普迪博士引领的天文团队绘制了大型的三维太空地图。位于匈牙利布达佩斯的厄特沃什·罗兰大学的天文学家安德拉什·科华斯绘制了太空地图，为后续研究奠定了基础，“超级空洞”距离我们的地球只有大约30亿光年，这一距离从宇宙的尺度衡量并不遥远。

在解读太空地图中发现，在地球观测者和宇宙背景辐射CMB之间只有非常少的巨型空洞，人们可以将宇宙空洞想象成一座巨型的山峰，光线进入空洞后开始攀登“山峰”，假如宇宙没有经历加速膨胀的过程，那么空洞将不会发生任何显著的改变，光线越过了山峰、到达了山底，光线越过山峰时重新获得了失去的能量，然而，宇宙在事实上经历了加速膨胀过程，当光线沿“山峰”攀登时，山峰出现了可以测定的舒缓而平坦的变化，当光线从山峰向山底传播时，光线比进入山峰时变得更为平缓，出去的光线没有重新获得进入山峰时的速度，光线在离开山峰时携带了更少的能量。

光线减少了能量，这意味着光线的波长变长，对应了更冷的温度。“光物理学”解释了早期光线的变化，光线的波长在宇宙膨胀过程中逐渐变长。光线穿越一个“超级空洞”时经历了数亿、数十亿年时间，而前提条件是穿越时维持不变的光速。可以测量所谓的“萨克斯—瓦福整合”效应，这一效应对极其异常的现象给出了基本的解释，而在CMB图谱中出现了异常现象。

威尔金森各向异性探测器 (WMAP）第一次对宇宙微波背景辐射进行了测量，近期的普朗克卫星完成的测量更为精确。欧洲航天局实施了普朗克卫星探测计划。人们关注的“超级空洞”在CMB 图谱的效应在目前还未得到完整的解释，图谱的冷暗斑点很难与“超级空洞”的位置相互重合，冷暗斑点与超级空洞的巧合和关联有待更深入的研究。天文团队从 PS1收集了改进的数据，从位于智利的暗能量勘测望远镜得到了细节性的观测数据，天文团队已将观测对象锁定在天龙座附近的一个巨型空洞。

（编译：2015-4-22）

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