銀河系和仙女座星系所在的暗物質(zhì)結(jié)構(gòu)被兩個巨大空洞壓成了一張薄片。

最新研究結(jié)果表明，我們的“本星系群”位于一張由暗物質(zhì)構(gòu)成的“薄片”中?！氨∑钡膬蓚?cè)均為宇宙空洞。其周圍的暗物質(zhì)和空洞結(jié)構(gòu)形態(tài)整體上如同一個巨大的“三明治” 。空洞的存在導(dǎo)致遙遠(yuǎn)的星系能夠擺脫“本星系群”的引力束縛。

Ewoud Wempe / University of Groningen

一個由荷蘭格羅寧根大學(xué)（University of Groningen）科學(xué)家Ewoud Wempe為首的科研團(tuán)隊1月26日在《自然：天文學(xué)》雜志上刊文指出，我們的銀河系和鄰近的仙女座星系，以及鄰近的“本星系群（Local Group）”中的所有星系，被一張長度大約為3200萬光年的暗物質(zhì)“薄片”包裹在內(nèi)。其周圍的暗物質(zhì)和空洞結(jié)構(gòu)形態(tài)整體上如同一個巨大的“三明治”，而“本星系群”正好位于這個“三明治”的中心。

這一結(jié)論可以解釋為何遠(yuǎn)方的星系在退行，而“本星系群”內(nèi)的星系在相互靠近；以及為何“本星系群”兩側(cè)會存在兩個巨大的低密度空間，亦即所謂的“本地空洞”。

我們宇宙所有質(zhì)量中有85%是暗物質(zhì)，只有15%是普通物質(zhì)。暗物質(zhì)不反射光，但它能夠通過引力，與自身以及普通物質(zhì)和能量發(fā)生相互作用。因此如果暗物質(zhì)結(jié)團(tuán)成塊，形成密度差，就能影響宇宙的幾何形態(tài)。

20世紀(jì)初，埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)幾乎所有星系都遠(yuǎn)離我們，這種向外流動的現(xiàn)象是宇宙始于“大爆炸”且在持續(xù)膨脹的關(guān)鍵線索。天文學(xué)家稱這種現(xiàn)象為“哈勃流（Hubble flow）”。但“本星系群”內(nèi)的銀河系、仙女座星系，以及其他幾十個較小星系卻似乎對此全然無視，反倒正在相互靠攏——銀河系和仙女座星系還一度被認(rèn)為處于最終將發(fā)生碰撞和融合的軌道上。

格羅寧根大學(xué)的科學(xué)家利用計算機(jī)，對鄰近宇宙空間的引力環(huán)境進(jìn)行了模擬。模擬基于人類所能探測到的最古老的光——“宇宙微波背景輻射”中的微小統(tǒng)計學(xué)差異進(jìn)行。模擬所選定的區(qū)域，最終轉(zhuǎn)化成了與我們所在本地宇宙空間尺度速度都一致的星系結(jié)構(gòu)，且其相對于遠(yuǎn)方星系的運(yùn)動特點(diǎn)也和“本星系群”一致。

在整合了數(shù)百次模擬結(jié)果后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個與實際觀測數(shù)據(jù)最為匹配的最終結(jié)果。結(jié)果顯示，“哈勃流”在一個長約1000萬秒差距（3200萬光年），質(zhì)量高度集中的薄層內(nèi)，處于靜止?fàn)顟B(tài)。也就是說，“本星系群”內(nèi)的所有星系，都被一張“薄片”狀的暗物質(zhì)結(jié)構(gòu)包裹在內(nèi)。

這張暗物質(zhì)“薄片”的長度超過3200萬光年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了“本星系群”的范圍。模擬結(jié)果還顯示，在這張“薄片”的兩側(cè)，存在大范圍的低密度空間。事實上宇宙中也確實存在這樣的低密度空間，它們就是所謂的“本地空洞（Local Voids）”。不僅如此，模擬還在事先不知道存在“本超星系團(tuán)”的情況下，不但預(yù)言了“本超星系團(tuán)”的存在，還預(yù)言其中的星系分布必然會呈現(xiàn)出扁平化的趨勢。

左圖為本星系群俯視圖。最亮的兩個光點(diǎn)代表銀河系和仙女座星系，亮藍(lán)色光點(diǎn)代表本星系中的31個星系。粉紫色區(qū)域代表了暗物質(zhì)的分布。箭頭及其長短代表暗物質(zhì)相對于均勻宇宙膨脹的運(yùn)動和速度快慢。右圖為側(cè)視圖，可以看到該暗物質(zhì)結(jié)構(gòu)的形態(tài)如同一張“薄片”，而其周圍的暗物質(zhì)和空洞結(jié)構(gòu)形態(tài)整體上如同一個巨大的“三明治” 。

Max Planck Institute

參考

The mass distribution in and around the Local Group

https://www.nature.com/articles/s41550-025-02770-w