宇宙的新画像(2)

时间:2015-09-29 15:40:20 

除了对银河系周边区域的新探索,科学家们还一直希望能够找到描绘宇宙面貌的新方法。想要建立整个宇宙的物质分布三维地图,必须有测定宇宙间天体距离的精确方法,而这正是目前宇宙学观测中的一个难题。只有能尽量精确地估算宇宙中天体的距离,天体物理学家们才能将其与各种关于宇宙的理论模型进行比较。目前人们主要通过宇宙中一些星光(标准烛光)的亮度和到达地球的光线的红移来估算距离,但是这两种方法都很容易受到干扰,容易出现较大的偏差。

在2007年,西维吉尼亚大学的物理学家邓肯·洛里默(Duncan Lorimer)在澳大利亚Parks天文望远镜搜索脉冲星信号时在小麦哲伦星云方向发现了一种快速射电爆发,这种宽频带的射电爆发只会持续几毫秒,但是会在瞬间释放出巨大的能量。因为到达地球的路途遥远,科学家们发现,不同波长的快速射电爆发信号到达地球的时间也有所差别,长波信号比短波信号更迟到达地球,迟到的时间与波长的平方成正比,这种弥散现象是由电磁辐射在穿过带电等离子体区域时造成的。所谓的带电等离子区域,正是分布在宇宙空间中的极为稀少的自由电子所在的区域。因此,能够造成这样的结果,说明发生快速射电爆发的天体距离地球极远,估计在30亿光年之外。

天体物理学家们已经观测到了10个类似的快速射电爆发现象,有人认为,这种原因尚不为人所知的宇宙现象可能为人类提供一种新型的测量天体距离的方法。2015年9月18日,加拿大英属哥伦比亚大学的科学家克里斯·希格森(Kris Sigurdson)与同事在《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志发表论文《弥散距离与宇宙空间的物质分布》(Dispersion Distance and the Matter Distribution of the Universe in Dispersion Space),提出了一种利用快速射电爆发现象估算天体距离的理论方法。这种方法基于一种比较简单的假设:宇宙空间中分布的自由电子密度相似,而且造成快速射电爆发弥散现象的主要原因就是电磁辐射在到达地球的路线中所穿过的充斥着自由电子的区域。实际情况可能会更加复杂,造成快速射电爆发信号弥散现象的不仅与等离子密度有关,也可能与发生爆发的环境有关,人们自然是无从得知当时的环境,而且在宇宙空间中自由电子的密度也不相同,因此可能需要对于估算距离的模型进行修改。但是由于人类目前并没有太多测量宇宙中大距离的方法,因此“任何新方法都欢迎”。

在现代社会中,人们已经可以在极大程度上掌握自己的生活,也可以根据自身的愿望,极大程度地改变地球上的生态环境,人类文明已经到达了极高的水平。只有当人类凝望宇宙时,才会感受到自身的渺小和无知,感受到对于宇宙的迷茫。

(本文写作参考了暗能量巡天项目和《物理评论快报》杂志的报道)

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