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几乎同时在超新星观测中发现了暗能量存在的证

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几乎同时在超新星观测中发现了暗能量存在的证

暗能量分光仪是来自13个国家75个不同机构近500名研究人员的合作产品。这张遥远星系的光照片是科学家花了十年的时间才得到,但这张样本图片只是未来的一小部分。desi的核心是5000个光纤传感器,每一个都由机器人控制。传感器位于透镜的焦平面后面,透镜构成了范围的其余部分。

“哈勃发现的是一种时空膨胀效应。”赵公博说,“引力效应只能让宇宙减速膨胀,而科学家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。”

科学家兴奋地表示,我们知道暗能量是推动宇宙膨胀的神秘力量,而且这种膨胀正在加速。desi的出现或许将帮助我们了解这种神秘的存在。尽管设计、建造、安装和测试像desi这样的设备是一项艰巨的任务。但从另一个角度来看,它的意义不言而喻。正如我们在一些项目中所看到的,比如卡西尼号任务,在任务结束后很长一段时间里,科学家们仍在努力理解这些数据。这些数据充满了惊喜。desi所收集到的数据量将会为天体物理学和宇宙学带来更多我们还未发现的未知答案。真的很期待它可能会发现我们根本没有在寻找的东西。

类星体是由超大质量黑洞驱动的高光度天体,当物质和能量落向其中心的黑洞,温度会升高并放出耀眼的光辉,在地球上用2.5米直径望远镜就能观测到。“几乎在整个宇宙空间中,我们都能看到类星体。它们是绘制目前为止最大宇宙图像的理想天体。”eBOSS星系成团性工作组负责人之一阿什利·罗斯说。

据科学家表示,一种名为“暗能量分光仪”(desi)的新仪器已经诞生,它将用于研究这种神秘的物质:暗能量。不仅如此,科学家和工程师们为位于基特峰国家天文台的mayall望远镜提供了5000双新的光纤眼睛。这架4米长的望远镜自1973年以来就一直在使用,但重新启用的目的只有一个:作为暗能量光谱仪器(desi)来探索暗能量。它的5000个新眼睛将绘制出地球与数百万个星系和类星体之间的距离。

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镜,仍在进行巡天观测。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,未来十年内,国内外将运行一批大型暗能量项目。他介绍,“十三五”期间,我国将建造一架12米口径的光学望远镜(LOT),开展超新星和重子声波振荡巡天实验。届时LOT将是国际上规模最大的暗能量巡天望远镜之一。五年内,位于我国西藏阿里地区的微波背景辐射实验室也将建成,其不仅对暗能量研究具有重要意义,还将搜寻宇宙原初的引力波信号,利用宇宙极早期微波背景辐射检验广义相对论。(科技日报北京5月22日电)

这是desi的十个“楔子”之一。每个楔子装有500个光纤传感器,每个传感器由机器人控制以瞄准一个单独的目标。总的来说,desi一次可以测量5000个星系或类星体。并且desi还可以利用星系的速度和距离来创建宇宙的三维地图。但是desi的三维宇宙地图所能做的不仅仅是揭示暗能量。它将产生一个非常有价值的光谱信息数据集,可以用来解决其他天体物理学研究问题。由于desi的速度非常快,可以快速地瞄准5000个不同的星系和类星体,因此它将比之前的任何一个星系观测仪都要多映射20倍的物体。据科学家预测,desi将测量并绘制3500万个星系和240万个类星体。

要确定宇宙的膨胀是加速还是减速,就要测量遥远天体的距离和红移关系。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。由恒星演化到最后发生爆炸而形成的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,几乎同时在超新星观测中发现了暗能量存在的证据,以此获得了2011年诺贝尔物理学奖。

暗能量分光仪的诞生

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,表明这些天体在逐渐后退远离我们,意味着整个宇宙处于膨胀状态。这一发现在当时震惊世界,让千百年来认为“宇宙为静态”的观点被打破。

desi的主要功能来自于它一次测量5000个星系的能力,每个星系都有一个机器人光纤传感器。每个传感器的宽度只有人类头发的宽度,在良好的条件下,它们可以在大约两秒钟内聚焦到一个新的目标上。这意味着在大约一分钟内,desi可以从一个5000个星系的集合切换到另一个5000个星系的集合。来自这些遥远星系和类星体的光通过传感器沿着241公里长的光纤电缆网络传播到光谱仪,随后光谱仪把光分成数千个波长。我们知道,宇宙一直在膨胀,遥远的星系远离我们的速度比靠近我们的星系还要快。通过将来自这些遥远星系的光线分离并测量延伸的波长,科学家们可以确定每个星系远离我们的速度有多快。

除了超新星,大尺度星系巡天是开展宇宙学研究的重要探针。2015年至今,赵公博领导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“宇宙结构起源”先导B类专项的支持。

本文参加百家号 #科学了不起# 天文航天系列征文赛。

两年来,天文学家精确测量了超过14.7万颗类星体的三维空间位置,绘制了揭示宇宙大尺度结构的图像。但要理解宇宙的膨胀历史,单单一张图并不够。“这就需要重子声波振荡这把测量宇宙几何的标准尺。”赵公博说。

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