天文學家通過歐洲航天局XMM牛頓望遠鏡和“錢德拉”X射線望遠鏡追蹤類星體,這項新的研究表明按能量可能會隨着時間變化而變化。

暗能量最重要的證據來源於20年前,美國加州大學伯克利分校索爾·波爾馬特和澳大利亞國立大學布萊恩·施密特領導的兩個小組分別通過對Ia型超新星對星系進行測距,幾乎同時發現宇宙正在加速膨脹。天文學家並不知道是什麼力量在推動宇宙膨脹,於是稱之爲“暗能量”。後來研究認爲,這股力量來自真空本身,因此也被叫做“真空能”。不管怎樣,這股未知能量似乎發揮着與引力相反的作用,正推動着我們的宇宙繼續膨脹。

宇宙始於“大爆炸”,在暗能量的驅動下現在正在加速膨脹。(來源:網絡)

意大利佛羅倫薩大學的吉多?裏薩利蒂(Guido Risaliti)和英國杜倫大學的伊麗莎白·盧梭(Elisabeta Lusso)1月28日發表在《自然天文學》上的論文中宣稱他們使用了一種新的方法測定了類星體的距離,以此來判別從宇宙早期到現在暗能量產生了多達的影響。類星體是一種十分特殊的天體,它是星系的一部分,是活動星系核,但是它異常明亮,可以穿透幾十億光年依然像恆星一樣閃耀(當然肉眼是看不見的)。究其原因,主要是因爲星系中心有着活躍的超大質量黑洞,它將附近的物質撕碎並環繞在周圍,這些物質殘骸以極高的速度繞黑洞運行,產生大量的熱,發射出紫外線。一部分紫外線光子繼續與熾熱的氣體雲中的電子碰撞,進一步將能量提升爲X射線。這種相互作用導致觀測到的紫外線與X射線輻射之間存在一定的相關性,而這種相關性又取決於類星體的亮度,即總的輻射能量。於是乎,這種有趣的數學關係讓類星體與Ia型超新星類似,成爲宇宙中的“標準燭光”,一旦知道類星體的亮度和輻射量,便能計算得到其距離,而得到這些數據並不太難。

類星體所謂標準燭光示意圖(來源:NASA/CXC/M.Weiss)

研究人員從太空望遠鏡那兒得到了1598個類星體的紫外數據,並與X射線通量建立了關係,隨後得出了這些類星體的距離。他們驚奇地發現暗能量的數量隨着時間而增長。

類星體紫外線與X射線輻射的關係(來源:G. Risaliti, E. Lusso, arXiv:1811.02590)

類星體的觀測數據(大圖)與Ia型超新星觀測數據(小圖)的比較,兩者結果一致,類星體方法應用範圍更遠。橫軸爲類星體的紅移量,縱軸爲距離模數,反映的是視星等和理論估計的絕對星等的差異。(來源:G. Risaliti, E. Lusso, arXiv:1811.02590)

由於這是一項新的技術,研究人員非常小心地選擇類星體,儘量減少統計誤差。他們還採用了其他額外的步驟加以驗證,結果表明這項技術與上世紀90年代超新星測距得到的結論一致,甚至在更遠的距離尺度上更爲可靠些。

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