中國科學院上海天文臺研究員郝蕾團組對宇宙學空洞中的星系的性質展開了基于光譜發射線的觀測數據的分析,發現宇宙學空洞中星系光度比較低,星系質量比較高,恒星形成率比較高,星族更為年輕,這些現象完全是由于空洞中恒星形成星系的更高比例造成的——其比例比空洞外高出接近20%。目前該工作已經發表在2015年9月份的天文期刊《天體物理學報》上。
2004年以來,基于斯隆數字化巡天第三次數據釋放的星系表中定義出來的大約一千個空洞星系樣本,國際上很多科學家進行了多方面的研究。普遍發現空洞星系跟空洞外星系相比,光度比較低,質量比較小,恒星形成率比較高,星族年齡比較高,顏色比較藍,形狀偏向于盤星系。科學家們猜測,有可能空洞中的星系由于缺少星系和星系之間的相互作用,演化得較慢,相比于空洞外的星系,空洞中的星系還處于一生演化軌跡中比較早期的狀態,氣體由于被消耗的比較少,也十分充足。
郝蕾團組已經出站的一個博士后Danny Chia-Yu Pan 基于斯隆數字化巡天的第七次數據釋放的星系列表認證出了八萬個空洞星系。他們發現這些空洞星系的確比空洞外的星系更小、更暗、星族更年輕,但是上述兩個星系樣本各種性質的差別非常小。并且他們進一步發現,如果固定了星系質量,那么空洞星系和空洞外星系在上述各方面的性質上的差別將不再顯現,這說明空洞星系和空洞外星系可能并不存在本征的差別。
空洞星系性質有別于空洞外的星系有兩種可能的解釋。一種可能是空洞中每一個星系都比空洞外的星系處于更早的演化階段;另一種可能是空洞中的星系比空洞外面的星系含有更多的光度低、質量小、年輕的恒星形成星系,空洞星系同空洞外星系本身沒有差別,總體性質的差別完全是由于組分的不同造成的。
為了研究空洞星系具有特殊性質的根本原因,郝蕾團組按照星系的發射線特征將空洞星系和空洞外星系分別歸類成了活動星系核、復合星系、恒星形成星系和非發射線星系。統計結果表明空洞中恒星形成星系的比例比空洞外要高出將近20%,非發射線星系的比例比空洞外低大約20%左右,與此同時其它類型的星系的組分在兩個樣本中保持一致。
對于每一種特定類型的星系,比如將空洞中的活動星系核和空洞外的活動星系核相比較,或者將空洞中的恒星形成星系同空洞外的恒星形成星系相比較,他們發現空洞中特定類型的星系的各種光譜特性同空洞外星系相同。由此,他們得出結論:空洞中星系具有特殊的性質并不是由于整體演化比較慢,而是完全由于空洞中具有更多的質量小、光度低、更加年輕的恒星形成星系造成的。
關于宇宙學空洞中存在更多小質量低光度的恒星形成星系的原因,郝蕾解釋,目前還不清楚,一個可能的原因是,根據宇宙學模型的預言和現有的觀測數據,科學家們發現空洞中的暗物質暈的質量比星系團低100~1000倍,而星系都是在暗物質暈中形成的,并且小質量的暗物質暈中傾向于形成較低質量的星系。
基于斯隆數字化巡天第七次數據釋放選出的星系樣本空間分布圖,其中星系密度很低的大尺度區域被稱為空洞。