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上海天文台发现宇宙平均尘埃密度因子的观测约束

2020-03-03 00:23:24
“本来无一物,何处染尘埃”是六祖慧能禅师著名的偈语,生动地反映了禅宗“缘其性空”的哲学思想。今天,我们知道宇宙中并不是一切皆空的,甚至尘埃也可能是无处不在的。
  
  尘埃在天文观测中通常会引起两个效应,一是使观测天体变暗,二是使之看上去变红。雾霭和沙尘暴都属于是这样的物理现象。离开地球,在银河系中尘埃也无所不在。这些尘埃大部分是超新星爆炸或者大质量恒星星风的产物。银河系中的尘埃有很多种测量办法,如今我们已能大体知道银河系在各个方向上尘埃的累计总量。尽管如此,银河系中的尘埃在去年还是给天文学家带来了“宇宙暴涨的第一条观测证据”这样的乌龙:美国哈佛史密森天体物理中心的科学家在2014年3月宣布使用南极BICEP2望远镜探测到宇宙诞生之处的引力波信号,这一发现轰动了世界。但是随后不久,科学家发现这一结果很可能受到了银河系中尘埃的干扰,宇宙微波背景辐射中发现的B模偏振信号可能来自银河系的尘埃。
  
  离开银河系,如果观测一个非常遥远的天体,那么在这个天体的路径上除了银河系之外是否还存在其它的尘埃呢?这种遥远天体路径上受到的平均尘埃消光又被称为“宇宙尘埃消光”。显然,如果存在“宇宙尘埃消光”,越远的天体就会受到越大的消光(亮度变暗)和红化(颜色变红)。
  
  “宇宙尘埃消光”在宇宙学的研究中非常重要。在利用标准烛光进行的宇宙学研究(比如Ia型超新星)中,可以通过标准烛光确定遥远天体的距离,从而可测量宇宙的基本几何结构。“宇宙尘埃消光”会使得天体的距离被误判,因此在宇宙学测量中是一个非常讨厌的“搅局者”。虽然科学家对“宇宙尘埃消光”可能给宇宙学带来的影响已经进行了充分讨论,但是却苦于没有配资公司 这个“搅局者”的很好的直接测量。现有的一些零星测量基本集中于50亿光年内,而利用超新星测量宇宙结构需要到达至少80亿光年处。
  
  最近,中国科学院上海天文台的博士研究生谢晓宜(指导老师:研究员沈世银、邵正义)在这个问题上迈出了一大步。他们使用类星体作为示踪天体,研究了相同内禀亮度的类星体在不同的距离上是否表现出不同的颜色。类星体是一类看上去与恒星相像的天体,距离我们非常遥远,亮度巨大,通常比普通星系亮1000倍以上。他们发现,内禀亮度相同的类星体在宇宙中越远的地方颜色看上去越红。在充分讨论了其它可能后,他们认为最有可能造成这种颜色变红的效应就是“宇宙尘埃消光”。他们基于类星体颜色对“宇宙尘埃消光”的测量结果和前人在50亿光年内的测量结果基本一致。不仅如此,由于类星体的亮度高,可以探测到更远的距离,因此他们对“宇宙尘埃消光”效应的测量约束达到了120亿光年之远。也就是说,这项研究清楚地告诉了我们在120亿光年内,“宇宙尘埃消光”无处不在。真所谓“万物爆炸起,处处惹尘埃!”
  
  该文章目前已经被《天体物理快报》所接受。