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类星体可作为宇宙膨胀里程标志

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来源: 作者: 2019-05-17 00:03:33

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中国科技讯 哥伦布航海发现新大陆,绘出了新世界地图,但科学家却没办法通过深太空旅行来绘制宇宙结构图。据物理学家组织近道,美国凯斯西储大学等3家机构合作开发出一种方法,有望用于绘制宇宙的膨胀及结构,而向导就是类星体发出的光。相干论文已发表在《物理评论快报》上。

人们预期下个10年将发现数百万更遥远的类星体。结合这类新技术,让人们可能看到大爆炸后不久的时候,那时宇宙的大小只有现在的一个零头。

研究人员在分析一些类星体发出的可见光时,发现不同类星体发出的光会随时间而变化,这种变化模式经过红移改正后是一致的。红移是由于宇宙在膨胀,携带着类星体阔别我们,使它们发出的光看起来更红,也让时间显得更慢。反过来,测量类星体发光表面的变化速度,与其真实变化的标准速度比较,就能推算出类星体所发生的红移。

掌握类星体红移能让科学家通过它们发出的光,计算宇宙的相对大小,这类大小是与目前的宇宙相比较而言的。“由此我们可能得到一个有用的工具,用来描绘宇宙膨胀的历史。”论文作者之一、凯斯西储大学物理学教授格伦·斯塔格曼说,“如果能丈量出数百万类星体的红移,就能绘制出这些红移在宇宙中的大体结构,并扩展到更大的红移。”红移系数越大,光源就离我们越远越古老。

研究小组还计划搜寻更大的类星体样本,进一步证明其光线变化方式的一致性,从而计算出宇宙中任何位置的类星体红移。

他们利用MACHO(晕族大质量致密天体)项目所记录的14个类星体的光数据描绘出曲线图。MACHO项目旨在寻觅银河系周围存在暗物质的证据,科学家每天都对每个类星体发出的光反复检测上百次。

曲线图显示,类星体发光有一个奇怪的阶段,在此期间,它们发出的光线数量要末增加,要么减少,呈现出一种线性变化模式。当他们矫正了宇宙膨胀的影响后,检测到所有14个类星体的光变化速率几乎都是一样的。“就好像它们都有一个变光开关,能来回切换,总的趋势惊人地一致。”斯塔格曼说。这种一致性让研究人员能准确地计算出每个类星在宇宙中的红移,从而算出宇宙的加速膨胀。

他们用两种方法进行了测算,分别计算出单个类星体的红移率在2个百分点以内,两个类星体的红移率在1.5个百分点之内。他们还用超新星爆发的明亮的光来计算红移,约为1.7。如果一个恒星的红移系数为1.7,表明其光线是在宇宙比现在小2.7倍的时候发出的。类星体更古老也更遥远,经测量红移到达7.1,表明它们发出的光线来自宇宙只有现在的1/8大小的时候。

如果经证明这种方法也适用于红移更高的类星体,那科学家就具有了上百万的标记,追踪宇宙从久远早期开始的成长、演变和膨胀过程。斯塔克曼说:“这能帮助我们了解万有引力在宇宙中是怎样一种架构。而这类架构的增加速度能帮我们肯定驱使宇宙加速膨胀的是暗能量还是修正万有引力定律。”(常丽君)

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