被稱為牧夫座空洞的廣大空間區域是可觀測宇宙中幾乎沒有物質的最大區域之一。它的直徑約為3.3億光年。這種巨大的宇宙結構因其令人印象深刻的缺乏星係而引起了科學家的興趣，挑戰了對宇宙中物質分佈的理解。在其內部觀察到的星系密度遠低於類似大小區域的預期。
這個宇宙空洞位於牧夫座附近，被描述為一個巨大的球體，天體很少。牧夫座虛空的中心距離地球約 7 億光年。這使其成為現代天文學中最引人注目和最深入研究的現象之一。他們的發現為構成宇宙的大規模結構的形成和演化開闢了重要的新視角。
宇宙結構的發現與繪圖
牧夫座空洞的識別發生在 1981 年，由著名天文學家羅伯特·科甚納 (Robert Kirshner) 領導。他與研究人員 Augustus Oemler、Paul Schechter 和 Stephen Shectman 直接合作，組建了一個致力於宇宙研究的團隊。該小組進行了一項細緻的調查，測量了無數星系的紅移。這項技術對於準確繪製物質在廣闊天空中的分佈方式至關重要。
團隊的全面工作明確證實了虛空的存在和獨特特徵。隨後於 1987 年在著名的《天文物理學雜誌》上發表。這篇原創論文至今仍是所有宇宙空洞研究的基礎且被廣泛引用的參考文獻。詳細的調查顯示，星系的預期分佈存在顯著且令人驚訝的異常，顯示存在這個巨大的人口稀少區域。
星系密度降低的巨大區域
儘管被稱為“空”，但該區域並不構成絕對真空，也不是完全沒有星系。自最初發現以來進行的深入天文調查已確定其內部大約有 60 個星系。然而，這個數字非常低，並且明顯低於其尺寸的空間體積的預期。
對於牧夫座空洞大小的空間體積，充滿了宇宙中平均密度的物質，預計它包含大約 2,000 個星系。因此，在相同大小的宇宙典型區域中，太空中所容納的天體數量只佔一小部分。這是一個人口極其稀少的地區，而不是完全空無一人，這使其成為宇宙學家獨特的研究對象。存在於虛空中的少數星系表現出一種特殊的排列，沿著貫穿其中心的管狀帶集中，為它們的形成增添了另一層神秘感。
- 估計直徑：250至3.3億光年之間，取決於特定調查。
- 已識別的星系：該結構內約有 60 個。
- 類似大小區域中的預期星系：根據通用平均密度，大約有 2,000 個。
- 中心位置：距地球約7億光年。
- 參考星座：牧夫座，虛空所在的地方。
起源與形成：小虛空合併理論
牧夫座空洞到底是如何形成的，仍然是科學界研究和爭論的活躍議題。其中星系的特殊分佈，在管狀帶中顯著排列，為這個複雜問題提供了重要線索。這種結構提出了一個關於其起源的有趣假設。
一些天文學家推測，這個巨大的宇宙空洞是由多個較小空洞逐漸合併而成的。這個過程類似於在肥皂泡中觀察到的行為，肥皂泡往往會聚集在一起形成更大、更複雜的結構。經過億萬年的時間，虛空氣泡的合併形成了我們今天觀察到的廣闊的、人口稀少的區域。該理論試圖解釋牧夫座空洞的非凡規模以及駐留在那裡的少數天體的不尋常組織，為理解大規模宇宙結構提供了一個模型。
對銀河系知識的假設影響
牧夫座空洞的巨大尺寸和驚人的孤立性激發了著名天文學家格雷格·阿爾德林提出的一項高度相關的思想實驗。他設計了一個假設場景，其中銀河系（太陽系所在的星系）將恰好位於這片廣闊的無人居住區域的中心。這個猜想的含義是深遠的，並對天文學知識的歷史和人類對宇宙的感知提出了重大問題。
阿爾德林推測，在這種情況下，地球居民直到 20 世紀 60 年代才發現其他星系的存在。這項令人震驚的聲明詳細記錄在美國太空總署對太空的描述中，並強調了宇宙隔離對天文學知識進步可能產生的巨大規模和深遠影響。如果沒有鄰近的星系，將會顯著延遲對多個星系和宇宙真實規模的感知。
宇宙邊緣的測量和性質
對牧夫座空洞確切直徑的估計存在一些差異，通常在 2.5 億至 3.3 億光年之間。這些測量差異直接取決於所進行的具體天文測量以及進行此類複雜計算所採用的各種宇宙論假設。重要的是要強調，考慮到研究對象的複雜性和空間的廣泛性，所有這些值本質上都是近似的。
宇宙空洞邊緣的性質並不以突然的過渡或定義的「牆」為特徵。相反，物質的密度逐漸變薄，最終在虛空和宇宙最稠密的區域之間平穩過渡。對於尋求繪製宇宙大尺度結構的天文學家來說，這種連續的特徵和缺乏尖銳邊界使得確定其精確直徑成為一個特別複雜和有趣的挑戰。