天文学家钱磊 中国天文学家测绘出大尺度宇宙3D图像
由中国天文学家领衔的一个国际研究团队利用宇宙深处类星体的空间分布,首次成功探测宇宙膨胀历史,绘制出大尺度结构的宇宙3D图像,并再次证实了暗能量的存在。
“为了揭开宇宙加速膨胀的奥秘,天文学家对整个宇宙的测绘一直在向纵深进军,中国天文学家已经深深融入这项国际前沿大科学计划,”中国国家天文台副台长薛随建教授日接受新华社记者采访时说。
类星体是由超大质量黑洞驱动的遥远高光度天体,其非比寻常的亮度来自其中心存在的超大质量黑洞。当物质和能量落向中心的黑洞,它们的温度不可思议地升高并放出耀眼的光芒,这让人类可在地球上借助2.5米口径望远镜探测到它们,也由此成为天文学家绘制宇宙图像的理想天体。
世界最大星系巡天项目“斯隆数字巡天”近日发布报告指出,通过观测距离地球68亿光年到105亿光年之间遥远类星体的空间分布,斯隆数字巡天的国际科技计划合作组织“扩展重子振荡光谱巡天”(eBOSS)的天文学家发现了显著的重子声波振荡信号。
重子声波振荡信号是早期宇宙中声波振荡留下的遗迹。从宇宙大爆炸后38万年到今天,宇宙中都包含相同的重子声波振荡信号,所以可将其作为“标准尺”测量宇遥远天体间的距离从而确定宇宙的膨胀速度。通过望远镜的观测,天文学家可以推算类星体的距离,从而绘制类星体的三维空间分布。在eBOSS运行的两年内,天文学家利用斯隆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。
工作组联合负责人、中国科学院国家天文台天文学家赵公博在声明中说,类星体非常遥远,“我们看到的是它们在宇宙诞生之后30亿年到70亿年间发出来的光,远在地球形成之前”。
结合近日测量数据与信号,斯隆数字巡天在6.6个标准差水平上证实了暗能量的存在。这是除超新星、宇宙微波背景辐射观测之外的暗能量存在的又一独立证据。
“暗能量是当前科学中最重大的谜团之一,在这次的国际合作研究中,中国科研人员发挥了非常重要的作用,向着精确测量暗能量、解开其本质之谜迈出了坚实的一步,”国家天文台星系宇宙学部副主任陈学雷说。
最新研究成果确认了20年来科学家们建立起的标准宇宙学模型,在该模型框架下,宇宙演化遵从爱因斯坦广义相对论的预言,即宇宙中除了构成恒星和星系等的普通物质外,还包括不可见的、但具有引力效应的暗物质,以及神秘的暗能量。在当前宇宙中,暗能量占据主导地位,并推动当前宇宙加速膨胀。
不过,为了理解宇宙的膨胀历史,一张图还远远不够。eBOSS项目组仍在通过位于美国新墨西哥州阿帕奇山顶天文台的斯隆望远镜进行巡天观测。据介绍,随着项目推进,天文学家将观测到更多类星体和近邻星系,测绘的宇宙图像也将随之增大。eBOSS结束后,包括暗能量光谱仪、欧洲空间局欧几里得卫星等下一代巡天项目也将拉开帷幕,将测绘出比eBOSS的图像精度高10倍的宇宙图像。
薛随建说,在eBOSS之后,中国天文学家参与的国际暗能量巡天计划会进一步测绘100亿光年范围的宇宙,预计将于2018年启动。
