在宇宙的大尺度结构图景中，星系并非均匀散落。它们聚集成群、成团，再连缀成纤维状的超星系团结构，而在这些明亮物质网络之间，存在着广袤的、几乎空无一物的区域——宇宙空洞。在众多空洞之中，有一个与我们关系最为特殊：它就贴在我们的银河系旁边，被称为局部空洞。作为纳视（NASAEYE）的编辑，我想带你重新审视这片看似“什么都没有”的区域。它并非宇宙的瑕疵，而是一股塑造了本星系群运动、甚至影响我们观测方式的重要力量。
一、局部空洞是什么：定义与基本尺度
局部空洞是距离银河系最近的大型宇宙空洞之一。它的存在早在1987年就由天文学家 Tully 和 Fisher 提出，当时他们注意到银河系位于一片广袤空旷区域的边缘。此后数十年，由于局部空洞的大部分区域隐匿在银河系盘面的遮蔽带之后，观测极为困难，它的全貌长期未能被完整勾勒。
根据近年基于 MeerKAT 射电望远镜的21厘米中性氢观测研究，局部空洞的距离尺度约为23 Mpc（约7500万光年），其延伸范围可达58 Mpc左右。在银河经度350°至35°的范围内，直到红移对应速度约4500 km/s处，该区域都呈现出显著的密度亏损。更早的哈勃空间望远镜科普材料则给出过一个更直观的描述：局部空洞是一个至少横跨1.5亿光年的巨大空间体积，其中几乎没有明显的星系。
需要强调的是，“空洞”并非绝对的真空。局部空洞内部并非一颗星系也没有。MeerKAT的观测在空洞深处识别出17个星系，在空洞边界附近找到96个星系，而其余178个探测到的星系则处于平均密度环境中。这些数字本身就说明：空洞是密度显著低于宇宙平均水平的区域，而非绝对的“无”。
二、我们住在空洞的边缘：银河系的位置意味什么
一个容易被忽略的事实是：银河系并不在宇宙的“市中心”。我们身处一个被称为“本星系板”的星系薄层中，而这个薄层恰好毗邻局部空洞。换句话说，银河系和本星系群的其他成员，正坐在一片巨大空旷区域的边缘上。
这种边缘位置并非无关紧要的细节。局部空洞的“空”本身产生了一种可观测的动力学效应。由于空洞内部物质密度极低，其引力拉拽远弱于周围致密区域，因此空洞边界上的星系会感受到一种净的排斥效应——它们被周围更密集的结构拉走，同时“远离”空洞中心。对于本星系群而言，这种效应表现为一个约200至250 km/s的偏离运动。 Cosmicflows-3 的研究进一步表明，来自局部空洞的排斥与本星系群朝室女座星系团的吸引相加，可以解释本星系群在宇宙微波背景参考系中约**50%**的运动。
换句话说，银河系此刻的运动状态，有相当一部分是局部空洞“推”出来的。这片看似空无一物的区域，实际上在暗中牵引着我们的宇宙航向。
三、空洞内部并非死寂：星系、 filament 与瞬变事件
如果仅仅把局部空洞理解为一片星系稀少、毫无生气的荒漠，那也不准确。近年来观测正在揭示一个更细腻的画面。
首先，空洞内部存在星系群和纤维状亚结构。MeerKAT的观测发现了至少两个位于空洞内部的小星系群，分别包含3个和5个成员，并且显示出纤维状结构的迹象。Cosmicflows-3 的分析也指出，一条稀疏的纤维状结构从室女座星系团方向延伸，穿过局部空洞的深处，一路通向英仙座星系团方向，沿途还关联着若干较为可观的星系。这说明空洞并非完全断绝了宇宙网的连接，细弱的物质桥梁仍可穿透其中。
其次，空洞中的星系本身具有独特的性质。上述 MeerKAT 研究显示，局部空洞内星系的中性氢质量平均比平均密度环境中的同类星系低约0.25 dex。这暗示低密度环境可能影响了星系的气体吸积与演化。更近期的 WALLABY 试点观测则从20个局部空洞矮星系中，发现至少**32%**的样本存在中性氢形态或速度场的扰动，提示相互作用或气体吸积过程仍在这些孤立星系中发生。
2026年发表的一项关于局部空洞星系瞬变事件的研究还给出了一个值得注意的结论：在空洞星系中，核坍缩型超新星的发生率显著更高，而Ia型超新星则较少。这与空洞星系整体上拥有更年轻星族的图景一致：它们仍在积极形成大质量恒星，而年老的恒星系统相对匮乏。空洞因此成为检验环境如何调制恒星形成与爆炸终点的一类天然实验室。
四、一个被解决过的“危机”：局部空洞与 ΛCDM
局部空洞曾一度被视为标准宇宙学模型的潜在麻烦。2010年前后，有研究指出，如果在 ΛCDM 框架下按照暗物质晕的分布来推算，局部体积内应该能找到比实际观测多得多的暗弱星系，而观测到的空洞“空得过头了”。
这个问题后来被中国国家天文台的研究团队利用高分辨率数值模拟加以回应。他们从 Millennium-II 模拟中筛选出与本地宇宙类似的系统，发现其中相当一部分确实会自然产生与观测相似的局部空洞——其尺度、空旷程度和外观都与真实局部空洞可比。空洞中暗弱星系稀少，是暗物质晕质量函数在低密度区域振幅偏低与空洞环境中星系形成效率偏低两个因素叠加的结果。这一工作表明，局部空洞的存在非但没有动摇 ΛCDM，反而可以看作该模型在环境依赖星系形成方面的一次成功检验。
五、为什么今天还要关注局部空洞
对于天文网站读者而言，局部空洞的意义至少有三层。
第一，它是理解本星系群动力学不可或缺的一环。 我们习惯用“吸引”来解释星系运动——朝室女座星系团落、朝巨引源落。但局部空洞提醒我们，排斥同样重要。一个低密度区域的“缺席”，可以在引力场上产生与致密区域“在场”同等分量的效果。
第二，它是研究低密度环境中星系演化的就近实验室。 高红移宇宙中的空洞难以分辨细节，而局部空洞就在家门口。借助射电21厘米观测、光学巡天和瞬变监测，我们可以近距离检验气体含量、恒星形成、化学丰度与星系相互作用在“孤立”条件下如何运作。
第三，它纠正了一种直觉偏差。 宇宙网给人的印象是“物质聚集的地方才是主角”。但局部空洞告诉我们，空白的几何同样在书写宇宙的动力学剧本。银河系之所以以此刻的速度和方向运动，部分原因就在于我们身边有一大片“什么都没有”的区域正在变得越来越空。
相关问题与回答
1. 局部空洞里真的什么都没有吗？
不是。局部空洞是密度显著偏低的区域，但并非绝对真空。射电观测已在空洞深处和边界探测到星系，内部还存在稀疏的星系群和纤维状结构。
2. 局部空洞距离我们多远？
其典型距离尺度约为23 Mpc（约7500万光年），整体延伸范围可达约58 Mpc。
3. 局部空洞如何影响银河系的运动？
空洞的低密度产生净排斥效应，使本星系群获得约200–250 km/s的偏离运动。这一排斥与室女座星系团的吸引共同贡献了本星系群约一半的本动速度。
4. 为什么局部空洞长期难以研究？
它的大部分区域位于银河系盘面的遮蔽带之后，尘埃和气体严重遮挡了背景星系的可见光信号，因此需要射电或红外等穿透性观测手段。
5. 局部空洞会永远空下去吗？
在暗能量主导的宇宙中，空洞会随着宇宙膨胀而继续变得更为空旷。局部空洞的边界星系会继续远离空洞中心，但空洞本身作为大尺度结构的组成部分会长期存在。
6. 空洞里的星系和普通星系有什么不同？
局部空洞中的星系中性氢质量偏低，部分矮星系表现出气体形态扰动。此外，空洞星系中核坍缩超新星比例更高，Ia型超新星偏少，暗示其星族整体更年轻。
7. 局部空洞是否否定了标准宇宙学模型？
没有。数值模拟表明，ΛCDM 模型可以自然产生与观测相似的局部空洞，其“空旷”源于低密度区暗物质晕数量偏少与星系形成效率偏低的共同作用。
8. 普通人如何理解“空洞的排斥力”？
可以想象一个山谷：致密星系团像高山，空洞像深谷。位于谷坡上的小球会滚离谷底、朝向山体，因为谷底方向缺乏物质拉拽。局部空洞对本星系群的作用类似——空洞一侧的“拉力”太弱，净效果就是被推离空洞。