早期宇宙的新地图如何像刺猬

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一种研究暗能量的新方法使天文学家能够比以往任何时候都更深入地了解过去,揭示了一个与我们今天所居住的宇宙截然不同的宇宙。

今天的宇宙正在膨胀。不仅如此,它的膨胀还在加速。星系不仅一直在离我们越来越远,而且它们每天都在加速远离我们。

这种情况在我们存在之前很久就一直如此。尽管如此,我们并非一直知道这一点。事实上,直到 1998 年,我们还认为膨胀正在减速。但是,自从宇宙大约六十亿岁以来,它一直被一种我们称之为暗能量的未知力量所主导,这种力量正在将一切事物推得越来越远。


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暗能量很奇怪。正如 凯蒂·麦克 在今年早些时候在 她的博客 中所说的那样

很难向非物理学家表达暗能量有多么奇怪,因为大多数人都习惯于在物理学中遇到他们不理解的事情,并且他们通常认为其他人已经掌握了情况。暗能量的情况并非如此。

我们很确定在暗能量出现之前有一段时间。在宇宙诞生后的最初六十亿年左右,其膨胀受物质控制。这意味着宇宙的膨胀实际上随着时间的推移而减慢,因为引力将一切事物聚集在一起。

但今天,暗能量就像一种反引力,将星系推开的速度比引力将它们拉到一起的速度快。

为了试图弄清暗能量到底是什么,一些天文学家绘制了地图。通过测量宇宙中的距离,他们可以计算出宇宙膨胀的速度,并测量暗能量的影响。测量暗能量的作用可以帮助我们缩小它的范围。

到目前为止,所有这些地图都是在暗能量开始接管之后的时间。原因之一是,研究早期宇宙很困难,因为没有太多明亮的天体,BOSS 实验的首席研究员大卫·谢尔格说,BOSS 是 重子振荡光谱巡天

因此,为了瞥见早期,BOSS 现在所做的(并在该合作小组 今天在 arXiv 上发表的一篇论文 中详细介绍)是查看早期宇宙中一些最明亮的天体:类星体。

类星体是早期宇宙中存在的活跃星系(名称是“准恒星射电源”的缩写)。而且它们很明亮。非常明亮。谢尔格和 BOSS 团队使用类星体作为我们和它们之间氢气的“背光”。

他们绘制了到每个类星体的视线地图。“这就像穿过宇宙的烤串,”他说。他们从烤串中重建他们认为是宇宙的真实 3D 地图。“对此最可爱的描述之一是,就像你在豪猪的背上画了一张地图。”

在这些光串中,天文学家可以看到标记,或吸收线,这些标记来自光线从类星体到达途中穿过中间氢气云时。通常,光线会穿过数百个氢气云。标记揭示了沿着到达每个类星体的视线的气体分布,然后天文学家查看所有线,并仅使用烤串来计算出整个地图。

要做到这一点,你需要足够的类星体。BOSS 团队观测了 48,129 个类星体来构建它们的 3D 地图。他们研究的类星体可以追溯到 115 亿年前,进入物质主导的时代。换句话说,在暗能量接管之前。

“这是宇宙减速时的第一次测量,”谢尔格说。“这非常棒。”

在这张地图中,他们寻找一种称为重子声波振荡的结构,这些结构本质上是冻结在早期宇宙中的声波。天文学家知道这些声波形成时有多大。通过在后来的宇宙历史中测量它们,他们可以知道宇宙在平均时间内膨胀了多少。由于膨胀受暗能量控制,因此测量重子声波振荡提供了一种测试暗能量是否如我们所想的那样运行的方法。

BOSS 团队看到了在暗能量开始之前膨胀减速的模式,以及他们预期的后来加速。

但这项研究仅绘制了 BOSS 最终将绘制的体积的三分之一。在未来几年内,BOSS 将绘制 150 万个星系和 16 万个类星体。

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更新于 2012 年 12 月 3 日:彼得·埃德蒙兹指出,一些工作实际上已经测量了宇宙减速何时转化为加速的时间,使用超新星而不是 BAO。在他的博客上阅读更多内容

Kelly Oakes has a master's degree in science communication and a degree in physics, both from Imperial College London. She started this blog so she could share some amazing stories about space, astrophysics, particle physics and more with other people, and partly so she could explore those stories herself.

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