突破红移记录,搜寻宇宙第一缕星光

一天文小组宣称 ,他们用欧洲南方天文台的甚大望远镜 (VLT)发现了迄今尚未记录过的最大红移值的天体 ,但这一新的记录估计也不会保持多久 .法国米迪天文台的RoserPello和他的四位同事说 ,他们已认证出一非常暗弱的红移值为 10 0的星系状碎片 ,这意味着我们已观察到宇宙创生大爆炸后4 6亿年 (现在宇宙年龄的 3 5 % )的时刻 ,即跟随大爆炸而来的“黑暗时代”终结时出现第一缕星光的时刻 .观察者们是利用室女座内的前景星系团Abell1835做为强大的引力透镜发现这一星系碎片的 .引力透镜效应使观测到的该碎片内暗弱星光增强了 2 5至 10 0倍 …     

自然信息

深入探索早期宇宙中的黑暗时代　　天文学家们最终会见到宇宙发生大爆炸后形成的第一个原子的影像 .这一发现将使科学家们能够测定“宇宙黑暗时代”结束和第一批恒星 ,第一批星系开始照亮空间的时刻 .　　按照标准宇宙模型 ,宇宙黑暗时代大概从宇宙创生大爆炸后的 3 0万年开始     

高红移类星体的观测

在宇宙大爆炸后10亿年以内的高红移(红移大于6)类星体为我们研究早期宇宙提供了重要的探针,这也使得对高红移类星体的观测研究成为星系宇宙学前沿研究领域的一大热点.本文对高红移类星体观测研究的重要性及其宇宙学意义,利用光学和近红外波段的观测发现早期宇宙中光度最高和中心黑洞质量最大的高红移类星体,以及利用亚毫米、毫米和射电波段观测对高红移类星体寄主星系所开展的研究等进行了较全面地总结,并对这一领域未来的研究前景与挑战进行了展望.     

“天眼”首次探测到河外星系中性氢发射线

正从中国科学院国家天文台获悉,程诚等科研人员利用俗称中国"天眼"的500米口径球面射电望远镜(FAST)的19波束接收机,对一批低红移恒星形成星系样本中的4个星系进行先导观测,成功探测到3个星系的中性氢发射线。这项重要天文学研究成果是     

中微子天体和类星体红移

类星体引力透镜现象的证认和中微子静质量可能不为零的发现,给宇宙学带来了一类新的问题:宇宙中的非均匀分布的质量成分对宇宙天体的视性质或观测性质(如红移、光度等)有怎样的影响? 在标准宇宙学中,天体的视性质被认为是它的内禀性质受了宇宙膨胀作用后的结果,这相当于只考虑了均匀分布的质量成分的引力影响。而实际上,宇宙中的质量分布虽然在大尺度     

暗能量和加速膨胀的宇宙

1998年发现的宇宙加速膨胀是当代科学中最重大的课题之一.理论上,宇宙的加速膨胀可能意味着当前宇宙中约三分之二的能量密度是由一种新的能量组分,即暗能量所提供的也可能意味着爱因斯坦提出的广义相对论在宇宙学尺度上需要修正.暗能量和修正引力这两种完全不同的物理机制可以给出完全相同的宇宙背景膨胀历史,但却预言不同的结构形成过程.因此,我们可以通过观测宇宙的大尺度结构形成和演化来区分这两种不同的物理机制,揭示宇宙加速膨胀背后的物理规律.宇宙大尺度星系巡天是研究宇宙加速膨胀机制的重要探针之一.基于星系巡天,我们可以通过测量重子声波振荡(baryonic acoustic oscillations,BAO)和红移空间畸变(redshift space distortions,RSD)两种特殊的星系成团属性,同时测量宇宙的背景膨胀和结构形成历史,进而分别开展暗能量性质以及引力研究.SDSS(Sloan Digital Sky Survey)三期的BOSS(Baryonic Oscillation Spectroscopic Survey)巡天是近期完成的世界最大规模的星系巡天.通过对10000平方度左右天区的观测,BOSS获取了近一百万条星系光谱.基于BOSS的观测,我们对暗能量和引力性质开展了深入研究,并发现了暗能量的动力学迹象.目前正在巡天的e BOSS(extended Baryonic Oscillation Spectroscopic Survey)项目以及后续的DESI(Dark Energy Spectroscopic Instrument)和PFS(Prime Focus Spectrograph)等大型巡天将在更高的红移、以更高的精度测量BAO和RSD,这将为宇宙加速膨胀机制的研究提供关键的观测支持.     

宇宙加速膨胀的射电直接测量研究获得重要进展

<正>最近,北京师范大学天文系张同杰宇宙学团队基于宇宙学中Sandage-Loeb效应也称Redshift Drift原理,提出了第一个宇宙加速膨胀的射电直接测量方法.传统方法是通过距离观测并且基于宇宙学哥白尼原理和爱因斯坦方程来测量宇宙加速膨胀,这是一种间接方法.新提出的方法是一种与宇宙学模型无关的直接测量方法.该研究工作于2014年7月25日在Physical Review Letters杂志上发表.20世纪20年代美国天文学家Hubble发现宇宙在膨胀,并根据当时少量的观测数据总结得出著名的Hubble定律,因此爱因斯坦也为自己构造了一个静止的宇宙而后悔不已.根据Hubble定律,通过观测河外星系的红移可以测量星系的退行速度,基本相当于宇宙整体膨胀的速度.既然宇宙在膨胀,那么宇宙膨胀是加速的还是减速的,如何测量宇     

类星体给封闭宇宙提供了更多的证据

中国天文学家的工作进一步证明,类星体能提供有关宇宙本质的知识。他们的工作补充了最近戴维森(Davidson)等人对类星体3C273紫外谱的观测(Na-ture,269,1977,203;News and Views,269,1977,195)。中国天文学家们已经对多种射电类星体的子集建立了哈勃图,他们所用的光度指标不同于戴维森等人所用,但却得到了本质上相同的结论。早就知道,为了判定宇宙是开放的(减速因子q_0小于1/2,宇宙一直膨胀下去)还是封闭的q_0大于1/2,宇宙最后要往回收缩),最好的方法是利用哈勃图,即红移z与视星等m的关系(所谓红移就是由于恒星及星系的退行所引起的光的红向变化)。然而,仅在红移值超过目前星系红移极限值(～0.5)的范围时,不同的宇宙学所预言的z-m关系才有可能加以区分。具有较太红移值的类星体的发现之所以引起很大希望,原     

宇宙的起源—大爆炸宇宙学介绍

关于宇宙起源,历史上曾经出现过各种各样的想象和神话传说。但宇宙的起源本身却是一个科学问题。20世纪以来,人们在宇宙观测中取得了越来越多的重大发现,从而逐渐建立起大爆炸宇宙学模型。大爆炸宇宙学模型的背景20世纪20年代,美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时,首先发现了光谱的红移,认识到了旋涡星云正快速远离人们而去。1929年哈勃把这种退行红移的测量与星系的距离的测量结合起来,得出了     

自然信息

创记录的红移震惊天文界至今年年初,天文学家还未发现红移值超过4.0的天体,但如今已冲破了宇宙的“距离阻栏网”,他们出乎意料地发现了较大红移值的类星体。剑桥天文学院和亚利桑那基特峰天文台的研究小组报导说他们已测出红移值为4.07和4.43的两个类星体(《自然》)Vol 330,P 453),其中后一个类星体是已知宇宙中最远的天体。红移用来衡量宇宙的距离,由于光的速度是个定值,因此它也可表示光离开类星体的时间。如今我们能想象得出当宇宙仅为它目前年龄的10％到20％时这些天体是怎样     

超强磁场

宇宙是一个硕大无朋的物理实验室,它不断提供精彩的研究题材和优越的实验条件.广义相对论的三大验证(水星近日点的进动、日食时星光的偏转和白矮星光谱线的红移)是早已脍炙人口的例子.本文要介绍的超强磁场是正在显露头角的一个新课题.目前     

广角镜

哈勃麦空互通使发涵担通天体多国科学家最近利用美国哈勃太空望远镜拍摄到～个距地球260光年的天体，它比此前已知最远天体还远了将近1倍。目前，天文学界尚未能确定这一天体的性质。专家指出，这一发现对现有解释宇宙的理论提出了挑战。参加“斯隆数字天空探索”计划的研究人员是根据红移规律推断这一天体距离的。红移是指从地球观测到的天体电磁波话线向红端，即向波长较长一端的推移现象。它由天体退行速度产生，天体越远，红移量越大。此前，天文学界观测到天体的最高红移值为668，相当于距地球约14cd光年。此次哈勃太空望远镜拍摄到的…     

距地球128亿光年星系中发现水

根据位于智利沙漠的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)的最新观测结果,美国天文学家在距离地球近128.8亿光年、早期宇宙中质量最大的星系SPT0311-58中发现了水和一氧化碳.这是迄今对早期宇宙中一个星系的分子气体含量的最详细研究,也是在常规恒星形成星系中对水分子的最远探测.这项研究将有助于天文学家研究宇宙中...     

星系红移巡天宇宙学——探索暗能量

宇宙时空的加速膨胀是20世纪自然科学最伟大的发现之一,探索其背后的物理机制是当前物理学和天文学的关键科学任务.在此研究领域,亟待解决的问题包括:(1)如何从海量观测数据中提取暗能量相关的核心信息?(2)暗能量是否具有动力学性质?(3)暗能量的本质是什么?暗能量研究的主要方法是联合多种探测手段,通过精准测量宇宙的膨胀率和结构形成来获取暗能量性质.大型星系红移巡天为暗能量研究提供了关键的数据支持.我们从巡天样本中提取重子声波振荡(baryon acoustic oscillations, BAO)和红移空间畸变(redshift space distortions, RSD)等重要的宇宙学探针,分别用于测量宇宙的膨胀率和结构增长率,开展暗能量研究.大型巡天项目斯隆数字巡天(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)已成功获取了百万量级的高质量星系光谱,测绘了迄今为止最大的宇宙三维图像,并将宇宙距离测量精度提高到1%,在高精度暗能量检验中发挥至关重要的作用.本文主要介绍过去10年内国际上最大的星系红移巡天项目——SDSS三期的重子振荡光谱巡天(Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, BOSS,2009～2014年)和四期的拓展重子振荡光谱巡天(extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, eBOSS,2014～2019年),以及我们依托BOSS和e BOSS巡天开展暗能量研究方面的最新进展.     

自然信息

类星体QSO1059+730附近的超新星爆炸从1963年施密特发现类星射电源具有红移谱线起,天文学家从来也没有停止过对这些遥远宇宙天体的性质的探讨.类星体假说的提出,为这种探讨提供了根据.按照这种假说,类星体是银河系中相隔宇宙学距离的活性核,其谱线的红移由宇宙的膨胀情况来决定.但是这种假设需要有实验证实.     

遥远气云中氘的高丰度挑起了对暗物质的疑问

以夏威夷大学桑盖拉(A.Songaila)女士为首的四人小组,用位于夏威夷岛莫纳克亚山顶的10米口径的Keck望远镜,对红移值为3.3的一块原始气云观测时发现,其中氘的含量比预计的要高得多.这一发现既支持了宇宙创生热大爆炸学说,但同时也排除了星系中的暗物质主要由重子(质子和中子)物质组成的说法. 氘是氢的同位素,按照标准大爆炸模     

关于存在引力辐射阻尼的定量证据

爱因斯坦提出广义相对论以后,对静力场中的一些效应、宇宙的时空结构和存在引力波等三方面作出了预言。这三方面的检验都首先是由精密的天文观测完成的。1919年爱丁顿领导的观测队,首先证实了引力场中光线偏折的预言。1929年哈勃发现河外星系的红移与距离之间存在着线性关系,给相对论宇宙学提供了第一个观测根据。去年年底,泰勒等人测出射电脉冲星双星PSR1913 16的公转周期变短,定量地证明了引力辐射阻尼的存在。     

各种尘埃的宇宙学效应

在文献[1]中,我们讨论了被星系前大质量恒星加热的尘埃的再辐射对3K宇宙微波背景谱的影响。结果表明,在中性氢含量很少的情况下,尘埃的再辐射将使3K微波背景谱在峰值附近产生0.1 K—0.2 K的畸变。这为3K微波背景的畸变提供了一个有效的机制。现在观测表明,星际尘埃及星系际尘埃的主要成份的硅酸盐,但是用于天体上的硅酸盐模型有几个,而且所有的作者都声称,他们的模型均来自于观测和实验,在文献[1]中,为了计算方便起见,我们只采用了Silk等人1979年所提出的模型,因此人们必然要提出这样的问题:文献[1]的结果是否是模型的选择效应? 为了弄清这个问题,本文详细地讨论了两种硅酸盐模型,结果     

关于宇宙的无限性问题

宇宙是什么?这是一个自从远古到现在都在不断引起人们巨大兴趣的问题. 如果不考虑神学的迷信和玄学的臆想,从来,人们对宇宙的研究,都是从观测入手,在观测的基础上,归纳,外推,以建立一些合理的假说或原理,然后运用当时人们所能掌握的严密自然科学方法,即数学和物理学的方法,去构造一个宇宙模型,再由这个模型的理论予言与观测的符合程度来判定这一模型的价值. 这正是爱萨克·牛顿研究天体运行,研究宇宙的方法!     

QCD、大统一和宇宙年代

宇宙学的任务就是在大范围和长时间内研究时空,中心问题是在于选择切合实际的宇宙模型,阐明宇宙随时间演化的特征.在弗利德曼首先讨论的均匀和各向同性的宇宙模型中,宇宙是一个膨胀着的体系.这模型和观测数据是相符合的.另一方面,基本粒子物理学的量子色动力学(QCD)较成功地解释了强相互作用的实验现象,天体物理学家与宇宙学家把它应用到早期的