據天文學家稱，地球和整個銀河系可能位于一個廣闊的低密度太空區域內 - 本質上是一個宇宙空洞 - 這使得我們地區的宇宙膨脹速度比周圍區域更快。這一假設為被稱為“哈勃張力”的持續差異提供了一種可能的解釋，并可能有助于確定宇宙的實際年齡（目前估計約為 138 億年）。

在達勒姆舉行的皇家天文學會全國天文學會議（NAM）上，最新研究結果表明，原始聲波（被稱為“本質上是大爆炸的聲音”）支持這一概念。

埃德溫·哈勃于1929年提出了哈勃常數，用來描述宇宙膨脹的速度。科學家通過測量天體的距離及其遠離我們的速度來計算哈勃常數。

如果我們位于密度低于平均水平的區域，例如綠點，那么物質就會因為周圍密度更高的區域更強的引力而遠離我們，如紅色箭頭所示。圖片來源：Moritz Haslbauer 和 Zarija Lukic

當基于早期宇宙觀測（使用標準宇宙學模型）的預測表明宇宙膨脹速度比在附近現今宇宙中觀測到的速度更慢時，挑戰就出現了。這種不一致正是哈勃張力的本質。

樸茨茅斯大學的 Indranil Banik 博士解釋說：“解決這種不一致現象的一個潛在原因是，我們的星系靠近一個巨大的局部空洞的中心。”

這會導致物質在引力的作用下被拉向空洞更高密度的外部，從而導致空洞隨著時間的推移變得越來越空曠。隨著空洞逐漸空曠，物體遠離我們的速度會比沒有空洞時更快。因此，這看起來就像是局部膨脹速度更快了。

他補充道：“哈勃張力很大程度上是一種局部現象，幾乎沒有證據表明膨脹率與更早時期標準宇宙學的預期不一致。因此，像局部空洞這樣的局部解是解決這個問題的一種有希望的方法。”

為了使這一假設成立，地球和太陽系需要位于一個直徑約 10 億光年的巨大宇宙空洞的中心附近，物質密度比宇宙平均值低約 20%。

重子聲學振蕩（BAO）——“大爆炸的聲音”——支持局部空洞的假說。圖片來源：加布里埃拉·塞卡拉，圓周理論物理研究所

星系計數等觀測數據為這一觀點提供了一些支持，因為我們所在區域的星系密度似乎低于宇宙鄰近區域的星系密度。

然而，如此巨大而明顯的空洞的概念仍然存在爭議，因為它與標準宇宙模型的預測相沖突，該模型認為物質在這些尺度上應該更均勻地分布在宇宙中。

盡管如此，Banik 博士在 NAM 2025 上展示的新數據表明，重子聲學振蕩 (BAO)——“大爆炸的聲音”——支持局部空洞的觀點。

他解釋說：“這些聲波只傳播了很短的一段時間，當宇宙冷卻到足以形成中性原子時，它們就會凍結在原地。它們就像一把標準尺，我們可以利用它的角度大小來繪制宇宙膨脹的歷史。”

繪制宇宙膨脹歷史的主要技術，例如超新星（或標準燭光）和宇宙精密計時器。圖片來源：Indranil Banik 博士

他繼續說道，“局部空洞會稍微扭曲BAO角尺度和紅移之間的關系，因為局部空洞引起的速度及其引力效應會在宇宙膨脹引起的紅移之上稍微增加紅移。”

“通過考慮過去 20 年所有可用的 BAO 測量數據，我們發現空洞模型的可能性比無空洞模型高出約一億倍，無空洞模型的參數設計符合普朗克衛星拍攝的 CMB 觀測數據，即所謂的均質普朗克宇宙學。”

研究人員的下一步是將他們的局部空洞模型與其他方法（例如宇宙天文鐘）進行比較，以估計宇宙膨脹的歷史。

這涉及觀察不再形成恒星的星系。通過觀察它們的光譜（或光），可以發現它們包含哪些類型的恒星以及它們的比例。由于質量更大的恒星壽命更短，它們在較老的星系中不存在，這為確定星系的年齡提供了一種方法。

天文學家可以將這個年齡與星系的紅移（即其光的波長被拉伸了多少）結合起來，從而告訴我們當星系的光向我們傳播時，宇宙膨脹了多少。這將有助于揭示宇宙的膨脹歷史。

編譯自/scitechdaily