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宇宙的膨胀加速 天体谜团越来愈多
时间:2015-2-8 01:27 作者:shenkong 浏览读取中…
2004年2月,美国航空航天局(NASA)发布消息说,95%的宇宙物质和能量为暗物质和暗能量,宇宙的膨胀速度越来越快,星系正在加速远离银河系而去,银河系将越来越孤独,宛若宇宙中的孤魂野鬼。科学家据此推测,随着时间推移,银河系将离其他星系越来越远,抬头仰望星空,除了我们自己的银河,将再没有布满苍穹的繁星,人类用望远镜观察的太空将是一片黑暗。
这十年间,科学家利用哈勃望远镜、开普勒望远镜等仪器,观测到许多惊人的宇宙结构和天文现象,凸显宇宙“大爆炸”等理论的局限性。
宇宙正在加速膨胀
宇宙加速膨胀是1998年两个科学家团队——美国劳伦斯柏克莱国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)与澳大利亚 Mount Stromlo天文台,利用不同的分析技术和不同的高红移超新星观测样本,分别得到相同的结论:“宇宙正在加速膨胀”,而不是“大爆炸”理论认为的减速膨胀。而且,暗能量导致宇宙的加速膨胀。
此后,暗能量的存在及宇宙加速膨胀的证据有宇宙大尺度结构、宇宙微波背景的不均向性、星系团的重子比率、不同时期星系团的形成速度差异等观测,以及理论上的宇宙物质密度低、“重子声学振荡”(baryon acoustic oscillations, BAO)模型等。
2011年,发现宇宙加速膨胀的三位主要科学家因科研意义重大而获得诺贝尔奖。其授奖颂词中表示,近一个世纪以来,宇宙持续扩张,“但扩张正在加速的发现让人震惊,如果扩张继续加速,最后宇宙会变成一片冰封。”
其中诺贝尔奖得主之一布莱恩?施密特(Brian P. Schmidt)自我评述道:“到时,我们的银河系还会在,并且和一些附近的星系合并,但是其他所有我们今天能看到的宇宙天体都会离我们太远而无法观测到。也就是说,除了我们自身所在的星系,所有的星系都将消失。”


科学家推测,随着时间推移,银河系将离其他星系越来越远,抬头仰望星空,除了我们自己的银河,将再没有布满苍穹的繁星,人类用望远镜观察的太空将是一片黑暗。(NASA)
努力探索暗物质直接证据
目前,科学界普遍认为宇宙中暗能量占70%左右,暗物质占宇宙25%左右,只有大约5%的可以探测物质构成我们能观察到的宇宙结构。
科学家推测暗物质可能生成一些粒子,比如弱相互作用大质量粒子、轴子、惰性中微子等等,但是至今没有发现这些推测的粒子。不过据天文信息网站space.com 2014年12月报导,美国加州大学圣塔芭芭拉分校(University of California, Santa Barbara)物理学家哈里?尼尔森(Harry Nelson)认为,探测暗物质就像发现中子那样需要时间,中子是在提出理论后15年才被证实存在。


天文学家发现宇宙星系放射神秘粒子,认为可能是暗物质存在的粒子证据。(NASA
2014年12月,欧洲科学家利用欧洲空间局(ESA)的XMM牛顿空间望远镜,发现仙女座星系(Andromeda galaxy)、天龙座矮星系(Draco dwarf galaxy)等其它星系或星团发射神秘的光量子踪影。有可能首次证实暗物质的微观粒子。
参与研究的荷兰莱顿大学 (Leiden University )的阿列克谢?伯亚斯基(Alexey Boyarsky)博士解释道,这个发现如果证实正确,那么就能知道宇宙的暗物质组成,重新认识宇宙的结构。瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的欧莱格?鲁查伊斯基(Oleg Ruchayskiy)博士也说,发现的光量子信号完全吻合预测暗物质存在的情况:星系中央的信号强度大而密集;而边缘的信号弱且稀疏。鲁查伊斯基博士说:“如果证实发现是正确的,将为粒子物理开创一个新领域。而且,天文学的发展会进入一个新时代。”
2014年9月,诺贝尔物理学奖得主丁肇中在欧洲核子研究中心宣布,通过探测暗物质相互碰撞可能产生过量的正电子,极可能证明暗物质的存在。丁肇中的研究小组根据国际空间站阿尔法磁谱仪观测的1090亿个电子与反电子的数据,找到暗物质6个证据中的5个:正电子比例上升是从8吉电子伏特(Gev)的能量开始;在速率方面,正电子占电子与正电子总数的比例快速增加;在275吉电子伏特左右停止增长;比例上升的过程较为均衡,没有明显的峰值;还有正电子似乎来源于宇宙空间的各个方向,而不是某个特定方向。
丁肇中解释说,可能花很多时间才能找到证明暗物质的最后1个特征:正电子的产生率会不会突然下降。


2010年12月,美国航空航天局公布哈勃空间望远镜绘制的巨大星系群Abell 1689的暗物质分布图。(NASA)
对于暗物质来说,因为它既不吸收也不辐射光线,所以只能用间接方法,如对非暗物质的重力表现间接证实。2010年12月,美国航空航天局公布哈勃空间望远镜绘制的巨大星系群Abell 1689的暗物质分布图。
Abell 1689包含1000亿个星体的1,000个星系。科学家从重力透镜效应方面,通过哈勃空间望远镜记录距离地球22亿光年远的Abell 1689 背后的星系,观察暗物质扭曲这些背景星系所发光线的情况。之后,根据42个背景星系的135张重力透镜效应图,发现星系群的中心区域存在高密度的暗物质。
银河系谜团不断增多


2008年,发现银河系中心存在超大质量黑洞人马座A*(Sgr A*),质量大约为太阳的450万倍。(维基百科)
2008年,发现银河系中心存在超大质量黑洞人马座A*(Sgr A*),质量大约为太阳的450万倍,这一发现也推导出其他星系中心都存在一个超大质量黑洞。
2014年10月,美国航空航天局钱德拉X射线望远镜观察到,银河系中心的超大质量黑洞发生X射线耀斑爆发,爆发强度相当于正常辐射水平的200倍以上。而在2013年9月,该区域出现正常辐射强度400倍的强烈爆发。但是,对银河系中心存在黑洞及X射线耀斑爆发,科学家无法解释。
科学家还利用哈勃望远镜发现,银河系中心以时速320万公里的速度,形成异常明亮的伽玛射线泡,推测至少有2百万年的年龄。2014年,麻省理工卡夫里天体物理研究所的科学家描述道,伽玛射线泡有清晰的轮廓,对称分布在银河系中心的两极上,由几乎均匀的伽玛射线组成,其名又称“费米泡”,源自2010年费米望远镜的观察结果。但4年来无法找到气泡来源或根据现有理论解释。
银河系存在大量类地行星。 2013年,加拿大卑诗大学(UBC)天文学家马修斯(Jaymie Matthews)认为,在银河系的100亿个行星中,推测类地球行星多达17亿个,有相似地球的地表岩石、水、生命迹象等。目前,开普勒太空望远镜(Kepler Space Telescope)已证实156颗系外行星,还勘测到3,000颗潜在系外行星,需要进一步分析和确认。
银河系和其他星系的运行方向不是随机的,而是有规律的指向固定方向,受宇宙自转影响。2011年,密歇根大学物理天文学家Michael Longo发表研究报告说,宇宙像篮球一样,是镜面对称的。而根据15,000多星系的旋转方向,发现星系的旋转方向不是随机现象,一半多星系都是以逆时针的方向旋转,星系的旋转方向是受到某种机制的影响和作用,很可能由星系所在的宇宙半球决定。虽然所观测到的星系样本数量仅占总星系的7%,但是可以推测整个宇宙也围绕着一个自转轴进行旋转。
有人根据银河系的自转轴似乎对准宇宙的自转轴,推测西方和中国的古老的宇宙中心地球说也许是正确的。
宇宙星系网状分布 形如大脑


美国麻州哈佛-史密森尼天体物理中心(CfA)的亨利?林(Henry Lin)与亚伯拉罕?勒伯(Abraham Loeb)发现,星系演化和地球城市人口发展有相同的机制。(NASA)
2015年1月,美国麻州哈佛-史密森尼天体物理中心(CfA)的亨利?林(Henry Lin)与亚伯拉罕?勒伯(Abraham Loeb)发现,星系演化和地球城市人口发展有相同的机制,该机制为齐夫定律(Zipfs law)。
林(Henry Lin)与勒伯解释道:“把人口密度当作基本量,把城市看做一个当人口密度达到某个限度(阈值)之后而形成的物体。”
这个模型从数学和逻辑两方面,说明地球城市的发展很类似于宇宙星系演化现象。而这种人类城市增长和星系形成具有相同特征,也许认证中国传统的“天人合一”思想。
2014年11月,欧洲科学家根据欧洲南方天文台观测的93个类星体数据,绘制大尺度的宇宙结构,发现具有高能量黑洞核心的类星体的转动轴互相平行,相互间的距离达几十亿光年。而且这些类星体在空间中像有巨大空洞的网一样,不是现有理论认为的均匀分布。类星体构成网丝,网孔几乎没有星系空空如也。
比利时列日大学科学家达门?胡森梅克(Damien Hutsemekers) 说:“令我们奇怪的是,这些相距几十亿光年的类星体的运转轴向竟然互相平行。”
科学家在研究人脑的结构时发现,宇宙星系分布和大脑细胞间的组成极其相似。2010年11月,美国斯坦福神经学家采用最新成像技术,模拟人大脑中2000亿个神经元的组织结构。大脑细胞之间的通联结构看上去就是宇宙星系。
令人惊讶的还有,有科学家估计宇宙星体与人类细胞几乎在一个数量级。2010年12月,美国哈佛大学的科学家查理?康罗伊(Charlie Conroy)认为,按照每人有50万亿个细胞来计算,60亿地球人的细胞总数相当于目前发现的宇宙星体的总数。
物理学诺贝尔奖获得者丁肇中在探索暗物质的研究中,认为人类科学“对宇宙空间知之甚少。”
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