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新研究表明暗能量会随着宇宙变化:在宇宙变老的过程中变得越来越强

2019-02-01 11:26 前瞻网   

暗能量显然比天文学家此前想象的还要神秘。

20年前,科学家首次提出了这种无形力量的存在,以解释宇宙膨胀正在加速这一惊人的发现。(令人惊讶和难以置信地重要;这一发现为三位研究人员赢得了2011年的诺贝尔物理学奖。)

最常用的宇宙结构和进化的天体物理模型认为暗能量是一个常数。确实,许多天文学家也相信它是宇宙常数,这是爱因斯坦在1917年提出的广义相对论的一部分。

但是一项对巨大的超亮黑洞(被称为类星体)的新研究表明,暗能量可能错误地被定义了为宇宙常数,或者任何一种常数;研究小组成员说,自从宇宙在138亿年前诞生以来,这种力可能早就已经发生了变化。

该研究的主要作者、意大利佛罗伦萨大学的圭多·里萨里蒂在一份声明中说:“我们在宇宙大爆炸10亿年后就观测到了类星体,发现从那时候直到今天,宇宙的膨胀速度比我们预期的要快。这可能意味着暗能量会随着宇宙变老而变得越来越强。”

类星体是星系中心快速增长的超大质量黑洞。类星体令人难以置信的亮度——它们是宇宙中最亮的物体——来源于围绕黑洞旋转的物质盘。这些快速旋转的圆盘会产生大量的紫外线,其中一些会撞击附近热气体云中的电子。这样的相互作用可以使紫外线辐射上升到x射线水平,产生一种跨越多种高能光波长的强大光亮。

Risaliti和来自英国杜伦大学的合作者Elisabetta Lusso确定,这两种光之间的相关性可以揭示类星体的距离。在这项新的研究中,两人对近1600个类星体进行了这种关系的研究。他们利用美国国家航空航天局的钱德拉X射线天文台和欧洲航天局的XMM -牛顿宇宙飞船来观测类星体的x射线光,并利用地面上的斯隆数字巡天来分析这些天体的紫外线输出。

Risaliti和Lusso发现许多类星体非常遥远,最遥远的一个类星体在宇宙大爆炸11亿年之后向宇宙中喷射出大量的光。

此前关于宇宙膨胀率的研究——包括20世纪90年代末引入暗能量概念的里程碑研究——通常都是依靠超新星爆炸的观测作为“标准烛光”(根据已知亮度的天体来计算其他天体的距离)。研究人员首先确定固有亮度已知的这些天体的距离,并通过分析它们的光被“红移”了多少(延伸到更长的波长),计算出它们相对于地球的移动速度。

虽然超新星具有戏剧性和威力,但其亮度远不及类星体,因此无法从那么远的地方观测到。但这项新研究为研究人员提供了另一种标准烛光,可以用来评估宇宙在更长的时间内的膨胀。

但Risaliti和Lusso也观察了一些超新星的测量结果。

“由于这是一项新技术,我们采取了额外的步骤来证明这种方法可以给我们带来可靠的结果,”Lusso在同一份声明中说,“我们展示了我们技术的结果与过去90亿年的超新星的测量结果相吻合,这让我们相信我们的结果在更早的时期也是可靠的。”

新研究表明暗能量会随着宇宙变化:在宇宙变老的过程中变得越来越强

钱德拉X射线天文台在太空中捕捉到这张PSS 0955+5940天体的X射线图像,以确定黑洞的自旋速率来探索暗能量。来源:NASA/CXC/Univ. of Florence/G.Risaliti & E.Lusso

新的结果与之前对一些相对较近超新星的观测结果一致。之前的研究发现,与早期宇宙相比,宇宙的膨胀速度明显加快了(这是通过测量宇宙微波背景辐射得出的结论,宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸遗留下来的古老的光))。

Risaliti说:“一些科学家认为我们可能需要新的物理学来解释这种差异,包括暗能量增长的可能性,我们的新结果与这个建议一致。”

这项新研究发表在周一(1月28日)的《自然天文学》杂志上。

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责任编辑: 4002YHQ

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