类星体宇宙学距离：光学干涉测量

发布时间：2022-01-09 11:58

　　<正>灿烂的星空总能唤起人们各种遐想:浩瀚的宇宙到底有多浩渺?闪烁繁星如何镶嵌在这宇宙之中又如何运动?宇宙的几何形状如何?几千年来,从古老的最高智慧到现代最精密的仪器和设备都始终为回答这些带有明显哲学性质的自然科学命题付出着无限的热情和努力:正当快要接近答案时,它却又戏剧般地飘然而去,其中充满了从渴望、 

【文章来源】：现代物理知识. 2020,32(04)

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【部分图文】：

(a)美国女天文学家H.Leavitt,在20世纪第1个10年发现了造父变星和周期-光度关系，奠定了宇宙学研究的观测工具；(b)周期-光度关系动画图；(c)存在两类造父变星，两者的相关性

图1 (a)美国女天文学家H.Leavitt,在20世纪第1个10年发现了造父变星和周期-光度关系，奠定了宇宙学研究的观测工具；(b)周期-光度关系动画图；(c)存在两类造父变星，两者的相关性一般来说单一造父变星的测量精度大约在10%左右，依赖于观测波段以及金属丰度等因素。虽然“造父变星”只能测量一亿光年以内的天体距离，它仍然是目前最为精确的量天尺，特别是在距离阶梯校准中起着“不可替代”的作用，也依然活跃在邻近宇宙学前沿。但毫无疑问，它已不能满足天文学家对宇宙结构和动力学的热切求知欲了。

幸运的是，以著名的钱德拉塞卡(S.Chandrasekhar)白矮星质量极限为理论基础，A.Sandage在20世纪60年代就认为Ia型超新星可以作为“标准烛光”。但是直到大约30年后，他的同事M.Phillips才发现标准化后的Ia型超新星方可作为精确的标准烛光使用，为测量更远的宇宙学距离打开了新大门。Ia型超新星爆发前是密近双星中的一颗子星，在演化末期形成由碳、氧组成的白矮星。当它们从伴星吸积物质超过钱德拉塞卡极限(约为太阳质量的1.44倍)后，白矮星中由于泡利不相容原理而产生的电子简并压将不再能够抗衡引力，引起瞬间的塌缩和爆发。由于发生坍缩的临界质量是固定的，Ia型超新星的光度基本接近，约为太阳光度的100亿倍，可以作为标准烛光测量数十亿光年的距离。1998年，超新星宇宙学计划和高红移超新星搜寻两个团队公布了他们利用超新星测量的距离——红移关系，发现一定红移处的超新星比预计的更暗，换句话说，宇宙过去的膨胀速度比当今要慢，宇宙正在加速而非减速膨胀!这项发现进一步表明宇宙中存在着某种未知的斥力，称之为“暗能量”。两个团队的中S.Perlmutter,B.Schmidt和A.Riess也因该发现在13年后获得了诺贝尔物理学奖。图4 宇宙加速膨胀的发现者(a);21年前超新星测量结果，距离模数测量显示出宇宙加速膨胀现象(4)(5)(b)


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