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什么照亮了宇宙:科学家追踪宇宙紫外光来源  

2014-08-29 16:55:52|  分类: 圈子科技经典 |  标签: |举报 |字号 订阅

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这是一个计算机模拟结果,显示的是在大尺度上(直径5000万光年)早期宇宙中光线是如何传播的。天文学家们相信他们很快将能够判断这一计算机模拟的结果是否正确地描述了真实宇宙中的情景  

这是一个计算机模拟结果,显示的是在大尺度上(直径5000万光年)早期宇宙中光线是如何传播的。天文学家们相信他们很快将能够判断这一计算机模拟的结果是否正确地描述了真实宇宙中的情景

  新浪科技讯 北京时间8月28日消息,据物理学家组织网站报道,美国加州大学洛杉矶分校的一项最新研究显示我们或许即将揭开宇宙中紫外光的起源,从而帮助科学家们理解星系是如何诞生的。

  有关这项研究的论文发表在近日出版的《天体物理学快报》上,作者是加州大学洛杉矶分校的宇宙学家安德鲁·波岑(Andrew Pontzen)博士以及哈拉杨·佩里斯(Hiranya Peiris)博士,合作者中还有来自普林斯顿和巴塞罗那大学的研究人员。他们的这项研究证明,即将开展的新型巡天观测将会最终揭开照亮宇宙之谜。

  宇宙光亮之谜

  这项研究的第一作者波岑博士问道:“在一个国家里,什么地方产生了最多的光亮?是这个国家最大的城市,还是那许许多多的小城镇?”答案是后者——城市很明亮,但小城镇的数量巨大。理解这其中隐藏的微妙平衡将有助于我们揭开宇宙的组织学奥秘——对于宇宙,我们提出了一个相似的问题:浸淫宇宙的紫外光,它们主要来自那些较为黯淡但数量众多的星系,还是那些数量稀少但极其明亮的类星体?

  类星体是宇宙中最为明亮的天体,它们巨大的亮度是由大量气体尘埃物质被卷入其中央黑洞之前在吸积盘中高速盘旋下落时产生的。一个星系内部可以含有数千亿颗恒星,但相比类星体,其亮度仍然要黯淡得多。了解那些数量众多的小型星系,其亮度是否可以盖过那些数量较少但极其明亮的类星体,对于理解宇宙如何形成今天的恒星与行星体格局具有重要意义。这同样也将帮助科学家们更合理地校正今天我们对暗能量的观测数据,暗能量被认为是造成宇宙加速膨胀的元凶,因而也决定着宇宙的未来命运。

  此次这项研究中所采用的方法事实上此前便已经被天文学家们广泛采用,在这种方法中,类星体被用作理解空间的“宇宙灯塔”。类星体巨大的亮度让它们即便在极其遥远的距离上也能被观测到,实际上即便两者相距可观测宇宙直径的95%,我们仍然可以观测到类星体发出的光亮。研究组认为,这些光线从极其遥远的距离抵达地球,如果对它们与沿途氢气气体之间的相互作用进行研究,或许可以揭开照亮宇宙的光线来源之谜,即便最后的结果发现这样的源头实际上并非类星体也同样可以进行。

  在宇宙中存在两种类型的氢气——一种当然就是普通的电中性的氢,而第二种则由于紫外线的照射而带上了电荷。这两种氢气团之间的差异可以借助一种特别的光线波段予以识别,也就是所谓的“莱曼-α”波段,这一波段只会对中性氢发生吸收。科学家们可以借助这一莱曼-α吸收特征的手段来了解宇宙中中性氢的分布情况,

  时间胶囊

  由于所研究的类星体距离远在数十亿光年之外,它们本质上都是一颗颗的时间胶囊:对它们的光线进行观察,将帮助我们了解宇宙在遥远过去时的情景。这样的观测也将告诉我们在数十亿年前,当宇宙正在大量产生星系之时,中性氢在宇宙中是如何分布的。

  如果结果显示中性氢气体的分布是均匀的,那么这将说明大部分光线的来源是大量的星系,而如果这种均匀程度更低,则表明那些类星体将是这些光线的主要产生者。

  然而目前的类星体样本数量还太小,不足以支持进行全面的分析以区分这两种情形。不过眼下正在规划的几个巡天观测项目或许将帮助科学家们找到问题的答案。

 在这些规划中的方案中,有一项名为“暗能量分光设备”(DESI),按计划它将对超过100万个遥远的类星体进行观测。尽管这一项目的设计目的是想通过观测遥远的类星体来了解暗能量对宇宙膨胀的加速作用,但最近的研究表明这一项目也可以被用于测算光线传播途中与周遭气体云团之间的相互作用效应。同样的,DESI得到的数据中分布的均匀程度也将揭示宇宙中光线的产生主要是来自“少数大城市”(类星体)还是“大量小城镇”(星系)。

  研究论文的合著者哈拉杨·佩里斯表示:“这件事令人惊讶——在星系逐渐形成今天模样的过程中,究竟是什么发出的大量紫外辐射弥漫于宇宙?这项技术将让我们在这一宇宙历史的关键时刻掌握有关宇宙星系间环境的新的切入口。”

  波岑博士表示:“这是一个好消息。DESI将为我们提供有关宇宙中早期星系的无价资料,那些星系太过遥远也太过暗弱,我们永远不可能直接对它们进行单独的观测。而一旦这些隐藏在数据中的信息被理解,研究组就能在分析时将其考虑进去,并且不会影响项目旨在研究暗能量本质的高精度宇宙膨胀率数据测量工作。这一案例展示了类似这样大型的,雄心勃勃的项目将如何得到丰盛异常的数据地图用于进行探索。我们现在正在尝试了解,从这些数据中我们还将能够挖掘出哪些珍贵的宝藏。”(晨风)

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