为何绝大多数星系都在远离我们？真相终于揭晓

根据新的研究，局部宇宙的结构出乎意料地平坦，这一宇宙现象可能使我们的银河系免于与无数其他巨大的邻近星系发生碰撞——除了一个。

几十年来，天文学家们观察到一个令人困惑的现象：我们最近的星系邻居——仙女座星系，正以极快的速度飞速接近与我们的银河系发生可能的碰撞，而其他邻近星系则在远离我们。现在，一项新的研究可能终于揭示了原因：一片巨大的平坦暗物质平面正在将这些星系吸引到深空中。

暗物质锚定并吸引可见物质，来自远处暗物质平面的引力，位于仙女座和银河系的边界稍微之外，压倒了我们银河系与其他邻近星系之间的引力，研究人员在1月27日的《自然天文学》期刊上发表的论文中提到。

研究人员在一份声明中表示：“附近星系的观测运动以及银河系和仙女座星系的总质量只能通过这种‘平坦’的质量分布来正确解释。”

未来的模拟可能进一步揭示引力是如何塑造我们周围的环境，以及为什么局部宇宙会呈现这样的样子。

随波逐流

星系在不断扩张的时空结构中的运动被称为哈勃流。它用哈勃定律来数学描述，这个定律是以天文学家埃德温·哈勃命名的，他在20世纪20年代发现了宇宙的扩张。他的定律描述了一种观察现象：星系正以与其距离成正比的速度远离地球。距离我们越远的星系，似乎退得越快。

那么，为什么距离我们250万光年的仙女座星系却以每秒68英里（约110公里）的速度朝我们冲来，而大多数其他大型近邻星系却在随波逐流呢？奇怪的是，这些远离的星系似乎在抵抗我们本地星系团的巨大引力，而这个星系团包括银河系、仙女座、三角座星系以及数十个被引力束缚的小星系。

这个宇宙之谜已经存在了超过半个世纪。1959年，天文学家弗朗茨·卡恩和洛德维克·沃尔特发现了仙女座和银河系周围存在暗物质的证据。他们计算出，要逆转大爆炸带来的初始扩张，这两个星系的总质量需要远远大于它们所有恒星的总和。

事实证明，银河系和仙女座中有相当一部分质量是由环绕每个星系的暗物质晕构成的，这些暗物质晕促进了星系之间的快速接近。

然而，这种吸引力似乎并不影响本地组以外的附近星系，在那里，“物质实际上正以比哈勃流更快的速度远离银河系，”研究共同作者 西蒙·怀特，德国马克斯·普朗克天体物理研究所名誉所长，在一份 声明中表示。

“因此，距离我们较近的星系（大约800万光年以内）远离我们的速度比哈勃定律预测的要慢，而距离更远的星系实际上远离的速度比预测的要快，”怀特通过电子邮件告诉《生活科学》。

为了弄清楚原因，研究人员自己构建了一个宇宙。他们进行了大量模拟，以探索暗物质、本地组以及刚好在其外部的远离星系之间的相互作用，距离约3200万光年。

这些模拟展示了从 时空 开始的局部宇宙的演化，起始于在 宇宙微波背景 中观察到的质量分布，这是宇宙中最古老的光，发射于宇宙刚诞生38万年时。研究人员随后让模型再现了在附近星系中观察到的一些显著特征，包括仙女座和银河系的质量、位置和速度，以及位于本地组外部的31个星系的位置和速度。

这揭示了位于本地团稍微外侧的质量，包括暗物质和可见物质，分布在一个广阔而平坦的薄片中，延伸数千万光年，并延伸超出模拟的边界。

由于附近的星系嵌入在这个扁平的暗物质薄片中，我们本地团的任何引力都被薄片中更远处质量的引力抵消，使它们远离我们。

“如果质量是大致呈球形分布在本地团周围，而不是呈扁平状，那么外部星系将以比哈勃定律预测的速度更慢地远离我们，因为它们会受到银河系和仙女座的引力影响而减速，”怀特告诉《生活科学》。 “相反，周围物质的扁平分布几乎完全抵消了[银河系]和[仙女座]的向内引力，从而将这些星系向外拉。”

同样重要的是，薄片上下的区域是没有星系的。这种稀疏区域在整个宇宙中普遍存在，而我们本地团周围的深空虚无形成于宇宙初始密度略低于平均水平的地方。

“因此，这些区域的扩展速度快于平均水平，它们的物质被‘推’向外扩展，”怀特通过电子邮件说道。“到现在，这些低密度区域已经填满了大部分空间，重力效应将它们的大部分物质集中到了分隔它们的‘墙’上。”

调和实验、观察和模型

空洞的位置至关重要。这些稀疏区域是任何现有结构朝向本地团的地方；任何在那里的星系确实会朝我们移动。因此，我们没有看到其他物体像仙女座那样飞向银河系，因为那里根本没有星系存在。

总体而言，当考虑到巨大的质量分布时，模拟准确地再现了附近星系和空洞的分布，从而将实验结果与天文观测的星系运动，以及被称为λ冷暗物质的主流宇宙学模型进行了调和。

“我们正在探索早期宇宙的所有可能局部配置，这些配置最终可能导致本地团，”首席研究作者尤瓦德·温佩，荷兰格罗宁根大学的宇宙学家，在另一份声明中说道。“很高兴我们现在有了一个模型，既与当前的宇宙学模型一致，又与我们本地环境的动态相符。”

有趣的是，研究人员报告称，高纬度星系以每小时几百公里的速度被观察到朝向平坦的物质层坠落。如果能从空洞的方向发现更多下落的结构，这可能会进一步支持本研究的发现。