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遙遠星系團最大最亮星系隱藏暗能量神秘線索

2023年09月01日

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據國外媒體報道,目前天文學中令科學家最感到困惑的謎團之一就是宇宙暗能量,它被認為是宇宙中的一種神秘力量。研究人員認為解開暗能量之謎的一個途徑是研究宇宙中的星系團分布,因此一組天文學家對遙遠超星系團進行深入探測,這項研究可能使我們得到關於宇宙膨脹歷史的突破性發現,他們對遙遠宇宙星系團中的最明亮星系進行精確測距,在不同時間尺度上對星系(團)的行為進行研究,以此發現暗能量的線索。



布蘭科望遠鏡4米徑觀測平台,所觀測的星系團位於望遠鏡的西面



布蘭科望遠鏡觀測圖像中繪製出了星系團的範圍,通過對不同時間尺度上星系團的研究可發現暗能量行為的線索



宇宙加速膨脹之謎早在80年前就已經被天文學家們所得知,到了2011年,該領域的研究有了更加令人興奮的發現,當年的諾貝爾物理學獎也被授予參與本項研究的波爾馬特等人,他們研究發現暗能量主導下的宇宙正在加速膨脹,而不是此前預期的那樣會出現減緩的膨脹速度,而暗能量與宇宙加速膨脹之間的機制還是一個謎。本項研究論文的第一作者JeeseonSong認為通過研究宇宙不同時期的星系團可以探索暗能量的行為方式,推出其是否在宇宙的不同歷史時期扮演著不同的作用。



包括我們銀河系在內的宇宙星系都是由無數顆恆星和氣體組成,而星系團則囊括了數十個至數百個星系,是宇宙中最大的天體物質群。隨著時間的改變,星系與星系團之間會出現動態的變化。推測遠古星系(團)是非常關鍵的宇宙學研究領域,因為我們可以在時間尺度上看到暗能量在星系彼此分離的進程中扮演著何種作用,以及了解到暗能量主導下的宇宙加速膨脹原因,進而揭開暗能量的身世之謎。



研究小組通過南極望遠鏡觀測站毫米波望遠鏡確定了所探測的星系團的一些重要參數,比如精確測量它們與地球之間的距離,這些數據可以洞察到在相對應的宇宙時期星系的分布密度,同時也使用了布朗科4米徑天文望遠鏡對星系團集群內部進行細化觀測,布朗科望遠鏡位於智利北部,今年是該望遠鏡五十周年慶。此外,參與本項觀測的還有Mosaic觀測相機等現代化的科學儀器,隨著後者的加入,這套望遠鏡系統仍然在觀測前沿領域發揮著重要作用。



在過去的數十年間,天文學家發現我們的宇宙處於不斷地膨脹狀態,周圍的星系逐漸遠離我們,得出這一結論的依據是科學家對遙遠宇宙星系的觀測,其原理類似於日常生活中看到的現象:如果一個天體遠離觀察者,那麼其電磁輻射波長會發生增加,我們可以在可見光波段看到譜線往紅光方向移動,反之則為向藍光方向移動,這就是紅移現象。而公路巡邏的測速儀也是基於類似的原理。由於宇宙的膨脹,具有較大紅移值的天體即高紅移天體不但距離我們非常遙遠,而且也代表著它們存在於古老的宇宙中。



對宇宙中遙遠天體進行測量的觀測中,天文學家通常使用Z來表示紅移值,在這項研究中,天文學家們觀測到的天體紅移值約為0.6,大約處於宇宙137億年歷史的一半時期。根據本項研究論文的第二作者阿爾弗雷多·森特諾(AlfredoZenteno)介紹:「在觀測中我們最為關注的天體被稱為最明亮的星系團,或者是BCGs天體,幾乎在每個星系團中都能發現最明亮和最大的星系。」



通過對最明亮的星系進行觀測,科學家們可以確定該星系團具體的位置,以及發現星系群內部是否存在一些極端的天體行為等,此外,本項研究中也對星系的碰撞速率進行探測,也許星系團之間或者星系之間已經發現了碰撞,這些調查項目都可以發現暗能量的關鍵線索。


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