Khoảng trống vũ trụ đã đóng góp đáng kể vào sự hiểu biết hiện đại về vũ trụ, với các ứng dụng từ việc làm sáng tỏ sự hiểu biết hiện tại về năng lượng tối, đến tinh chỉnh và hạn chế các mô hình tiến hóa vũ trụ.[4] Một số ứng dụng phổ biến được đề cập chi tiết dưới đây.

Năng lượng tối

Sự tồn tại đồng thời của các cụm thiên hà và thiên hà lớn nhất được biết đến cho thấy khoảng 70% năng lượng tối trong vũ trụ hiện tại, phù hợp với dữ liệu mới nhất từ nền vi sóng vũ trụ.[4] Các khoảng trống hoạt động như bong bóng vũ trụ nhạy cảm với những thay đổi vũ trụ nền. Điều này có nghĩa là sự tiến hóa về hình dạng của một khoảng trống là một phần kết quả của sự giãn nở của vũ trụ. Vì sự tăng tốc này được cho là do năng lượng tối gây ra, nghiên cứu sự thay đổi hình dạng của khoảng trống trong một khoảng thời gian có thể được sử dụng để hạn chế mô hình ΛCDM tiêu chuẩn[36][37] hoặc tinh chỉnh thêm giả thuyết Quintessence + Cold Dark Matter (QCDM) và cung cấp năng lượng tối chính xác hơn phương trình trạng thái.[38] Ngoài ra, sự phong phú của các khoảng trống là một cách khả thi nhất để hạn chế phương trình năng lượng tối của trạng thái.[39][40]

Neutrino

Neutrino, do khối lượng rất nhỏ của chúng và sự tương tác cực kỳ yếu với các vật chất khác, sẽ chảy tự do vào và ra các khoảng trống nhỏ hơn dòng chảy neutrino tự do mức trung bình. Điều này có ảnh hưởng đến sự phân bố kích thước và độ sâu của các khoảng trống và dự kiến sẽ có thể thực hiện được với các khảo sát thiên văn trong tương lai (ví dụ vệ tinh Euclid) để đo tổng khối lượng của tất cả các loại neutrino bằng cách so sánh các tính chất thống kê của các mẫu khoảng trống vũ trụ được dự đoán lý thuyết.[40]

Các mô hình hình thành và tiến hóa thiên hà

Một khối lập phương 43×43×43-megaparsec cho thấy sự phát triển của vũ trụ quan sát được trong giai đoạn lôgarit bắt đầu từ dịch chuyển đỏ 30 và kết thúc ở dịch chuyển đỏ 0. Mô hình cho thấy rõ các vùng vật chất dày đặc như thế nào theo lực hấp dẫn tập thể đồng thời hỗ trợ sự giãn nở của các lỗ rỗng vũ trụ khi vật chất chạy đến các bức tường và dây tóc.

Các khoảng trống vũ trụ chứa hỗn hợp các thiên hà và vật chất hơi khác so với các khu vực khác trong vũ trụ. Sự pha trộn độc đáo này hỗ trợ bức tranh hình thành thiên hà được dự đoán trong các mô hình vật chất tối lạnh đáng tin cậy của Gaussian. Hiện tượng này cung cấp một cơ hội để sửa đổi mối tương quan mật độ hình thái - mật độ có sự khác biệt với các khoảng trống này. Những quan sát như mối tương quan mật độ hình thái có thể giúp khám phá những khía cạnh mới về cách các thiên hà hình thành và phát triển trên quy mô lớn.[41] Ở quy mô địa phương hơn, các thiên hà cư trú trong các khoảng trống có các đặc tính hình thái và quang phổ khác nhau so với các thiên hà nằm trong các bức tường. Một đặc điểm đã được tìm thấy là các khoảng trống đã được chứng minh là có chứa một phần lớn thiên hà starburst trẻ và nóng hơn đáng kể những ngôi sao trẻ, nóng bỏng khi so sánh với các mẫu thiên hà trên tường.[42]

Bất thường trong dị hướng

Các điểm lạnh trong nền vi sóng vũ trụ, chẳng hạn như điểm lạnh WMAP được tìm thấy bởi Máy dò dị hướng vi sóng Wilkinson, có thể được giải thích bằng một khoảng trống vũ trụ cực lớn có bán kính ~ 120 Mpc, miễn là hiệu ứng Sachs–Wolfe tích hợp muộn được tính toán trong các giải pháp có thể. Sự bất thường trong sàng lọc CMB hiện đang được giải thích tiềm năng thông qua sự tồn tại của các khoảng trống lớn nằm dưới đường ngắm các điểm lạnh.[43]

CMB sàng lọc vũ trụ.

Tăng tốc mở rộng vũ trụ

Mặc dù năng lượng tối hiện đang là lời giải thích phổ biến nhất cho sự tăng tốc trong quá trình giãn nở của vũ trụ, một lý thuyết khác giải thích về khả năng thiên hà của chúng ta là một phần của khoảng trống vũ trụ rất lớn. Theo lý thuyết này, một môi trường như vậy có thể dẫn đến nhu cầu năng lượng tối để giải quyết vấn đề với gia tốc quan sát được. Khi nhiều dữ liệu thu thập được về chủ đề này, đã làm thay đổi giải pháp thực tế trong việc giải thích ΛCDM hiện tại vốn đã bị giảm đi phần lớn mặc dù không phải tất cả cùng bị bỏ.[44]

Lý thuyết hấp dẫn

Sự phong phú của các khoảng trống, đặc biệt khi kết hợp với sự phong phú của các cụm thiên hà, là một phương pháp đầy hứa hẹn để kiểm tra độ chính xác của độ lệch so với thuyết tương đối rộng trên quy mô lớn và ở các khu vực mật độ thấp.[45][46]

Mặt trong của các lỗ rỗng dường như thường tuân thủ các thông số vũ trụ khác với các vũ trụ đã biết. Chính vì đặc điểm độc đáo này mà các khoảng trống vũ trụ tạo ra trong các phòng thí nghiệm lớn, nhằm nghiên cứu các tác động của cụm hấp dẫn và tốc độ tăng trưởng đối với các thiên hà, cũng như cấu trúc địa phương khi các thông số vũ trụ có giá trị khác với vũ trụ bên ngoài. Do quan sát các khoảng trống lớn hơn chủ yếu vẫn ở chế độ tuyến tính, với hầu hết các cấu trúc bên trong thể hiện sự đối xứng hình cầu trong môi trường thiếu thốn; nghĩa là, mật độ thấp dẫn đến các tương tác hấp dẫn hạt-hạt gần như không đáng kể sẽ xảy ra trong một khu vực có mật độ thiên hà bình thường. Các mô hình thử nghiệm các khoảng trống vũ trụ có thể được thực hiện với độ chính xác rất cao. Các thông số vũ trụ khác nhau ở những khoảng bước sóng là Ωm, ΩΛ, và H0.[47]