近日，世界最大星系巡天eBOSS國(guó)際科學(xué)合作組發(fā)現(xiàn)了顯著的重子聲波振蕩信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)了首次用宇宙深處的類星體進(jìn)行的重子聲波振蕩測(cè)量，證實(shí)了宇宙在加速膨脹。
 eBOSS國(guó)際合作組星系成團(tuán)性工作組聯(lián)合組長(zhǎng)、中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員趙公博22日介紹，這是首次利用宇宙深處的類星體進(jìn)行的重子聲波振蕩測(cè)量，并在超新星、宇宙微波背景輻射觀測(cè)之后，獲得了暗能量存在的又一獨(dú)立證據(jù)，這也再次證實(shí)了宇宙在加速膨脹。
 1929年，美國(guó)天文學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)大多數(shù)星系的光譜存在紅移現(xiàn)象，表明這些天體在逐漸后退遠(yuǎn)離我們，意味著整個(gè)宇宙處于膨脹狀態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時(shí)震驚世界，讓千百年來認(rèn)為“宇宙為靜態(tài)”的觀點(diǎn)被打破。
 “哈勃發(fā)現(xiàn)的是一種時(shí)空膨脹效應(yīng)?！壁w公博說，“引力效應(yīng)只能讓宇宙減速膨脹，而科學(xué)家假設(shè)了一種能推動(dòng)宇宙加速膨脹的未知神秘力量，稱之為暗能量。它具有負(fù)壓強(qiáng)，能使時(shí)空在宇宙學(xué)尺度上加速膨脹。”
 要確定宇宙的膨脹是加速還是減速，就要測(cè)量遙遠(yuǎn)天體的距離和紅移關(guān)系。天文學(xué)上常用的測(cè)距方法，是通過測(cè)量天體的亮度來推斷距離，這要選取具有絕對(duì)亮度的天體作為標(biāo)準(zhǔn)。由恒星演化到最后發(fā)生爆炸而形成的超新星可以擔(dān)任這個(gè)角色。其爆發(fā)時(shí)亮度能與整個(gè)星系相比擬，從很遠(yuǎn)的距離外都能觀測(cè)到。1998年，由美國(guó)、澳大利亞科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的兩個(gè)研究小組，幾乎同時(shí)在超新星觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)了暗能量存在的證據(jù)，以此獲得了2011年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
  除了超新星，大尺度星系巡天是開展宇宙學(xué)研究的重要探針。2015年至今，趙公博領(lǐng)導(dǎo)eBOSS國(guó)際合作組順利完成了類星體巡天觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理，以及暗能量等宇宙學(xué)前沿問題研究，證實(shí)了利用紅移類星體開展宇宙學(xué)研究的可行性與優(yōu)勢(shì)，為后續(xù)類星體、亮紅星系以及發(fā)射線星系巡天奠定了基礎(chǔ)。該項(xiàng)目受到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國(guó)科學(xué)院“宇宙結(jié)構(gòu)起源”先導(dǎo)B類專項(xiàng)的支持。
 類星體是由超大質(zhì)量黑洞驅(qū)動(dòng)的高光度天體，當(dāng)物質(zhì)和能量落向其中心的黑洞，溫度會(huì)升高并放出耀眼的光輝，在地球上用2.5米直徑望遠(yuǎn)鏡就能觀測(cè)到?！皫缀踉谡麄€(gè)宇宙空間中，我們都能看到類星體。它們是繪制目前為止最大宇宙圖像的理想天體。”eBOSS星系成團(tuán)性工作組負(fù)責(zé)人之一阿什利·羅斯說。
  趙公博介紹說，這些類星體非常遙遠(yuǎn)，現(xiàn)在看到的是它們?cè)谟钪嬲Q生后30億年到70億年間發(fā)出的光，遠(yuǎn)在地球形成之前。
  兩年來，天文學(xué)家精確測(cè)量了超過14.7萬顆類星體的三維空間位置，繪制了揭示宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的圖像。但要理解宇宙的膨脹歷史，單單一張圖并不夠?！斑@就需要重子聲波振蕩這把測(cè)量宇宙幾何的標(biāo)準(zhǔn)尺。”趙公博說。
  重子聲波振蕩是早期宇宙中聲波振蕩留下的遺跡，在宇宙爆炸后約38萬年，聲波振蕩信息被“凍結(jié)”。趙公博說，如今宇宙中，仍包含著與大爆炸時(shí)相同的重子聲波振蕩信號(hào)，它可以作為測(cè)量宇宙中類星體距離的標(biāo)尺。據(jù)了解，此前已有研究團(tuán)隊(duì)對(duì)近鄰星系以及星際塵埃粒子做了重子聲波振蕩測(cè)量，并用這項(xiàng)技術(shù)測(cè)量到了地球形成前20億年的宇宙。
  eBOSS合作組此次發(fā)布的最新成果，確認(rèn)了20年來科學(xué)家建立起的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型。該模型框架下，宇宙的演化與愛因斯坦廣義相對(duì)論一致，包括可觀測(cè)但本質(zhì)仍未知的能量組分。除了構(gòu)成恒星、星系等的普通物質(zhì)，宇宙中還包括不可見但具有引力效應(yīng)的暗物質(zhì)，以及神秘的暗能量。在當(dāng)前宇宙中，暗能量占據(jù)主導(dǎo)地位，并推動(dòng)宇宙加速膨脹。
 目前，eBOSS項(xiàng)目通過美國(guó)新墨西哥州阿帕奇山頂天文臺(tái)的斯隆望遠(yuǎn)鏡，仍在進(jìn)行巡天觀測(cè)。趙公博表示，對(duì)于暗能量研究來說，開展大規(guī)模巡天實(shí)驗(yàn)是重中之重，未來十年內(nèi)，國(guó)內(nèi)外將運(yùn)行一批大型暗能量項(xiàng)目。他介紹，“十三五”期間，我國(guó)將建造一架12米口徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡(LOT)，開展超新星和重子聲波振蕩巡天實(shí)驗(yàn)。屆時(shí)LOT將是國(guó)際上規(guī)模最大的暗能量巡天望遠(yuǎn)鏡之一。五年內(nèi)，位于我國(guó)西藏阿里地區(qū)的微波背景輻射實(shí)驗(yàn)室也將建成，其不僅對(duì)暗能量研究具有重要意義，還將搜尋宇宙原初的引力波信號(hào)，利用宇宙極早期微波背景輻射檢驗(yàn)廣義相對(duì)論。
  編輯點(diǎn)評(píng)
  我國(guó)在科學(xué)研究領(lǐng)域不斷取得突破性進(jìn)展，不僅向全世界展示了我國(guó)的科研實(shí)力，也為人類探索世界奧秘提供了幫助。此次，我國(guó)首次利用類星體進(jìn)行重子聲波振蕩測(cè)量，證實(shí)了整個(gè)宇宙處于膨脹狀態(tài)的觀點(diǎn)，讓千百年來認(rèn)為“宇宙為靜態(tài)”的觀點(diǎn)被徹底打破，為人類繼續(xù)探索地球提供了科學(xué)支撐。