通過對ESA的xmm -牛頓觀測到大量遙遠“活躍”星系樣本進行研究，一個天文學家團隊發(fā)現(xiàn)，宇宙早期的膨脹可能比宇宙學標準模型預測的要多。根據(jù)最主要的假設，我們宇宙只包含普通物質(zhì)的百分之幾。宇宙的四分之一是由難以捉摸的暗物質(zhì)構(gòu)成，我們可以通過引力感受到這些暗物質(zhì)，但無法觀察到。其余的四分之一是由更為神秘的暗能量構(gòu)成，這種暗能量推動著宇宙目前的膨脹速度。

這個模型基于過去幾十年收集的大量數(shù)據(jù)，從宇宙微波背景(CMB)到更多的“局部”觀測。宇宙微波背景是宇宙歷史上的第一束光，在宇宙大爆炸后38萬年才釋放出來，由歐洲航天局普朗克任務以前所未有的細節(jié)進行了觀測。

博科園-科學科普：后者包括超新星爆炸、星系團和暗物質(zhì)在遙遠星系上留下的引力畸變，可用于追溯宇宙歷史上最近幾個時代的宇宙膨脹——跨越過去90億年。意大利費倫澤大學Guido Risaliti和英國杜倫大學的Elisabeta Lusso領(lǐng)導的一項新研究指出，另一種類型的宇宙追蹤器（類星體）將填補這些觀測之間的部分空白，測量120億年前宇宙的膨脹。類星體是星系的核心，一個活躍的超大質(zhì)量黑洞正以非?？斓乃俣葟钠渲車M物質(zhì)，在電磁波譜中發(fā)出明亮的光芒。當物質(zhì)落在黑洞上時，它會形成一個旋轉(zhuǎn)的圓盤，在可見光和紫外光中輻射，這些光反過來加熱附近的電子，產(chǎn)生x射線。

三年前Guido和Elisabeta意識到類星體的紫外線和x射線亮度之間一個眾所周知的關(guān)系可以用來估計到這些源的距離（這在天文學上是出了名的棘手）并最終用來探索宇宙的膨脹歷史。其性質(zhì)允許我們測量其距離的天文光源被稱為“標準蠟燭”。

其中最引人注目的一種超新星被稱為ia型超新星，它由白矮星的壯觀消亡組成。白矮星吸收了來自伴星的物質(zhì)后，會產(chǎn)生亮度可預測的爆炸，這使得天文學家能夠確定距離。上世紀90年代末對這些超新星的觀測揭示了宇宙在過去幾十億年間的加速膨脹。Elisabeta解釋說：使用類星體作為標準蠟燭有很大的潛力，因為可以比ia型超新星離我們更遠的距離觀察它們，所以用它們來探測宇宙歷史上更早的時代。有了大量類星體的樣本在手，天文學家們現(xiàn)在已經(jīng)將他們的方法付諸實踐，結(jié)果很有趣。

通過挖掘XMM-Newton檔案，收集了7000多個類星體的x射線數(shù)據(jù)，并將其與地面斯隆數(shù)字天空調(diào)查的紫外線觀測結(jié)果結(jié)合起來。還使用了一組新的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是由XMM-Newton在2017年特別獲得，用來觀察非常遙遠的類星體，就像宇宙只有大約20億年的時候那樣觀察它們。最后，用少量甚至更遠的類星體和一些相對較近的類星體來補充這些數(shù)據(jù)，這些類星體分別由NASA的錢德拉和斯威夫特x射線天文臺觀測到。如此大的樣本使我們能夠細致地研究類星體x射線和紫外線輻射之間的關(guān)系，這極大地改進了我們估算其距離的技術(shù)。xmm -牛頓對遙遠類星體的新觀測結(jié)果如此之好，以至于研究小組甚至發(fā)現(xiàn)了兩種不同的類星體：

70%的類星體在低能量x射線中發(fā)出明亮光芒，而剩下的0%則發(fā)射出能量更高的少量x射線。為了進一步的分析，只保留了較早的一組光源，其中x射線與紫外輻射的關(guān)系顯得更加清晰。歐洲航天局的XMM-Newton項目科學家諾伯特?沙特爾說：我們能夠在距離我們?nèi)绱诉b遠的光源中分辨出如此細微的細節(jié)，這是非常了不起的。

這些光源的光在到達我們之前已經(jīng)傳播了100億年了。在瀏覽了這些數(shù)據(jù)并將樣本縮小到1600個類星體之后，天文學家們得到了最好的觀測結(jié)果，從而得出了他們可以用來研究宇宙膨脹的距離的可靠估計。當我們把跨越近120億年宇宙歷史的類星體樣本與只覆蓋過去80億年左右的ia型超新星局部樣本結(jié)合起來，發(fā)現(xiàn)在重疊的時代中也有類似的結(jié)果。

博科園-科學科普｜研究/來自: ?歐洲航天局

參考期刊文獻:《Nature Astronomy》

DOI: 10.1038/s41550-018-0657-z

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