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中国科学家领衔国际科研团队发现暗能量存在新证据

发表日期:2017-6-3 作者:长沙湖南大学家教网 电话:170-5118-4005
     由中国科学院国家天文台参与的世界最大星系巡天eBOSS国际科技计划合作组织,近日利用宇宙深处的类星体测量到了显著的重?#30001;?#27874;振荡信号,这也是证明暗能量存在的一个新的独立证据。

  eBOSS国际合作组星系成团性工作组联合组长、中科院国家天文台研究员赵公博说:“合作组通过观测距离我们68亿光年到105亿光年之间宇宙深处类星体的空间分布发现了该信号,这是人类首次利用宇宙深处的类星体成团性进行的重?#30001;?#27874;振荡测量,并在超新星、宇宙微波背景辐射观测之后,获得了暗能量存在的又?#27426;?#31435;证据,这也再次证实了宇宙在加速膨胀。”

  要确定宇宙膨胀是加速还是减速,需测量遥远天体间的距离和红移关系。

  1929年,美国天文学家哈勃发现大多数星系的光谱存在“红移”现象,表明宇宙中的星系在?#27426;?#31163;我们远去,而?#36965;?#31163;我们越远,?#29420;?#36895;度也就越大。

  天文学家由哈勃的发现倒推出一个猜想:既然天体之间距离越来越远,那么在很久以前,它们说不定汇聚在一起,也就是说宇宙是?#21491;?#20010;点开始的。物理学家从这一观点又进一步推测:在过去,宇宙曾经处于一个极高密度且极高温度的状态,之后?#27426;?#33192;胀到现在的状态。于是,“稳恒宇宙”这一概念被彻底推翻。

  要确定宇宙的膨胀是加速还是减速,就要测量遥远天体间的距离和红移关系。天文学上常用的测距方法,是通过测量天体的亮度来推断距离,这要选取具有绝对亮度的天体作为标准。由白矮星吸积物?#39318;?#21518;爆炸形成的Ia型超新星可以担任这个角色。其爆发时亮度能与整个星系相比拟,从很远的距离外都能观测到。

  1998年,由美国、澳大利亚科学家领导的两个研究小组“通过超新星发现宇宙正在加速膨胀”。这项研究在2011年被授予了?#24403;?#23572;物理学奖。

  “哈勃发现的是一?#36136;?#31354;膨胀效应。”赵公博说,“引力效应只能让宇宙减速膨胀。因此科学家们假设了一种能推动宇宙加速膨胀的未知神秘力量,称之为暗能量。它具有负压强,能使时空在宇宙学尺度上加速膨胀。”

  重?#30001;?#27874;振荡提供了天然的尺度,可以测量宇宙膨胀速度并证实暗能量的存在

  除了观测超新星,大尺度星系巡天是另一种研究宇宙加速膨胀的重要手段。

  国家天文台星系宇宙学部副主任陈学雷说:“大尺度巡天通过望远镜把一个区域的各种天体都观测到。接下来,首先是给这些被观测到的所有星体拍多个波段的照片,然后挑出一些比?#26174;?#30340;天体,把它们的单个光谱测出来,根据光谱就可以测量‘红移’,从而绘制星体的三维空间分布。”

  在eBOSS运行的两年内,天文学家利?#30431;?#38534;地基望远镜已精确测量了超过14.7万颗类星体的三维空间位置。

  “通过这些三维信息,就可以重建出这个区域里物质是怎么分布的,哪里疏哪里密,再根据这个密度分布测量出重子振荡声波信号。?#32972;?#23398;雷说。

  重?#30001;?#27874;振荡是早期宇宙中声波振荡留下的遗迹,在宇宙爆炸后约38万年,声波振荡信息被“冻结”。赵公博说,如今宇宙中,仍包含着与大爆炸时相同的重?#30001;?#27874;振荡信号,所以可将其作为“标准尺”测量宇宙遥远天体间的距离从而确定宇宙的膨胀速度。

  “宇宙太大了,我们不可能像在地面上一样拿一个标准尺度去测量,必须找一个天然尺度去测量它的膨胀速度。那么,重?#30001;?#27874;振荡刚好就提供了这样一种天然的尺度。我们根据声速是多少,可以估算出声波振荡的特征尺度,然后根据这个算出对应的尺度去测量宇宙加速膨胀的速度。?#32972;?#23398;雷说。

  同时,通过重?#30001;?#27874;振荡?#37096;?#20197;证实暗能量的存在。

  “暗能量的存在,或者说它所?#21152;?#23449;能量组分的多少,直接影响重?#30001;?#27874;振荡的特征尺度。因此,通过测量重?#30001;?#27874;振荡尺度,我们可以反推暗能量组分,如果该组分在高置信度不为0,则说明暗能量的存在。”赵公博说。

  首次通过观测类星体发现重?#30001;?#27874;振荡信号,将来会开展大规模巡天实验

  此次的重?#30001;?#27874;振荡信号是人类首次通过观测宇宙深处的类星体成团性发现的。赵公博说,这些类星体非常遥远,现在看到的是它们在宇宙诞生后30亿年到70亿年间发出的光,远在地球形成之前。

  “之前我们?#38469;?#29992;星?#21040;?#34892;重?#30001;?#27874;振荡测量,而这次是用类行星,并且是高红移的类星体进行测量,这与之前利用低红移星?#21040;?#34892;的测量形成了很好的互补。”赵公博说。

  那么什么是类星体?#35838;?#20160;么会选择?#30431;?#26469;观测?

  “类星体是1963年被天文学家发现的一类特殊天体。它们因为看起来是‘类似恒星的天体’而得名,实际上却是银河系外能量巨大的遥远天体。”赵公博说,“它们的中心其实是质量在太阳千万倍以上的超质量黑洞。这些黑洞周围丰富的物质发出巨大能量,使得类星体成为宇宙中最耀眼的天体。?#36127;?#22312;整个宇宙空间中,我们都能看到类星体。”

  “重?#30001;?#27874;振荡实际上?#20174;?#20102;时空中物质分布的状况,物质密度越高的地方,星系和类星体也越多。这次选择类星体来观测,主要是比较亮一些,在更遥远的地方都可以看到。?#32972;?#23398;雷说。

  2015年?#20004;瘢?#36213;公博领导eBOSS国际合作组顺利完成了类星体巡天观测和数据处理,以及暗能量等宇宙学前沿问题研究,证实了利用红移类星体开展宇宙学研究的可行性与优势,为后续类星体、亮红星系以及发射线星系巡天奠定了基础。该项目受到国家自然科学基金委员会和中国科学院“宇宙结构起?#30784;?#20808;导B类专项的支持。

  目前,eBOSS项目通过美国新墨西哥州阿帕奇山顶天文台的斯隆望远?#25285;?#20173;在进行巡天观测。赵公博表示,对于暗能量研究来说,开展大规模巡天实验是重中之重,未来10年内,国内外将运行一批大型暗能量项目,包括陈学雷研究员领导的天籁实验(旨在探索用射电方法进行重?#30001;?#27874;振荡探测),美国的DESI巡天,?#20998;?#30340;Euclid卫星项目?#21462;?#20381;托这些大型科学巡天项目,我们期待揭示暗能量的本质和宇宙加速膨胀背后的新物理。
 来源:中国青年网

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