物理学家借助极为低沉的引力波聆听宇宙最深层的节奏

物理学家借助极为低沉的引力波聆听宇宙最深层的节奏 佛罗里达大学物理学助理教授、这项新研究的共同作者杰夫-德洛尔博士说："这些波从宇宙最遥远的角落到达我们身边，能够影响光的传播方式。研究这些来自早期宇宙的波将帮助我们建立宇宙历史的完整图景，这与之前发现的宇宙微波背景类似。"德洛尔和他的合著者、加州大学圣克鲁兹分校博士后研究员威廉-德洛克（William DeRocco）于2月26日在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上发表了他们的研究成果。引力波类似于太空中的涟漪。与声波或海浪一样，引力波的频率和振幅也各不相同，这些信息有助于我们了解引力波的起源和年龄。到达我们身边的引力波振荡频率极低，远低于人耳能探测到的声波。过去探测到的一些最低频率低至 1 纳赫兹。"作为参考，"德洛尔解释说，"鳄鱼咆哮产生的声波频率都比这个频率高出约1000亿倍这些都是非常低频的声波。"他们的新探测方法基于对脉冲星的分析，脉冲星是一种中子星，会以极有规律的间隔发射无线电波。德洛尔假设，搜索这些脉冲到达时逐渐减慢的速度，可能会发现新的引力波。通过研究现有的脉冲星数据，德洛尔能够以比以往更低的频率搜索引力波，将我们的"听力范围"扩大到低至 10 皮赫兹的频率，比之前探测到的纳赫兹级引力波低 100 倍。虽然以前已经探测到频率在纳赫兹左右的引力波，但科学界对其起源却知之甚少。目前有两种理论。第一种观点认为，这些波是两个超大质量黑洞合并的结果，如果属实，研究人员将有一种新的方法来研究这些位于每个星系中心的巨大天体的行为。另一种主要理论认为，这些波是由宇宙历史早期的某种大灾难事件产生的。通过研究频率更低的引力波，他们或许能够区分这些可能性。德洛尔说："展望未来，下一步是分析更新的数据集。我们使用的数据集主要来自2014年和2015年，从那时起，大量的脉冲星观测已经展开。"德洛尔还计划利用 UF 的 HiPerGator 超级计算机对模拟数据进行模拟，以进一步揭开宇宙历史的面纱。该超级计算机可以高效运行大型复杂模拟，大大缩短分析数据所需的时间。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

港大天体物理学家解开行星状星云中硫“消失”之谜

港大天体物理学家解开行星状星云中硫“消失”之谜 一幅标志性的拼贴画展示了 22 个著名的 PNe，按照近似物理大小的顺序艺术地排列成螺旋状。图片来源：ESA/哈勃和 NASA、ESO、NOAO/AURA/NSF 根据通讯作者和 Ivan Bojičić 的想法制作，由 Ivan Bojičić 绘制，David Frew 和作者提供了相关信息。长期以来，硫的预期含量似乎"不见踪影"。然而，由于利用了高度精确和可靠的数据，它们在"躲猫猫"之后终于"上岗"了。研究小组最近在《天体物理学杂志通讯》上报告了他们的发现。PNe是濒临死亡的恒星喷射出的短暂发光气态外罩，其丰富多彩的形状长期以来一直吸引着专业和业余天文学家。与宿主恒星相比，PNe 的寿命只有几万年，而宿主恒星则需要数十亿年才能通过 PN 阶段，最终成为"白矮星"。因此，PNe 提供了恒星死亡阵痛的几乎即时快照。它们是了解恒星晚期演化的一个重要科学窗口，因为它们丰富的发射线光谱可以对其化学成分进行详细研究。过去的研究表明，PNe 的光学光谱中似乎存在不同程度的硫元素缺乏。这种缺失很难解释，因为被称为"α元素"的硫应该与其他元素（如氧、氖、氩和氯）在大质量恒星中同步产生。因此，其宇宙丰度也应该成正比。来自智利欧洲南方天文台望远镜的行星状星云 PN NGC 5189 的图像。有人说它看起来像中国的飞龙在天。图片来源：ESO令人惊讶的是，虽然在 H II 区域（氢电离区域）和蓝色紧凑星系中观测到了硫丰度和氧丰度之间的强相关性（见图 2），但源自低质量恒星到中等质量恒星的 PNe 始终表现出较低的硫含量，这就产生了所谓神秘的"硫异常"，几十年来一直令天文学家感到困惑和烦恼。香港大学物理学理学士毕业生及香港大学天文台助理研究员陈淑瑜与她的导师、天文台台长昆汀‧帕克教授（Professor Quentin PARKER）合作，利用前所未有的高信噪比（S/N）光学光谱样本，对位于银河中心的约130个星体（PNe）进行研究。这一特殊数据集的背景噪声极小，可以清晰而详细地检查光谱特征，帮助研究小组有效地处理和解决了这一谜团。这些 PNe 是利用位于智利的世界领先的欧洲南方天文台（ESO）8 米甚大望远镜观测到的。结果发现，异常现象主要是由于 PNe 光谱中硫发射线的数据质量不高造成的。研究发现，将氧作为其他元素的基本金属性比较指标并不准确，相反，氩与氧的硫相关性更强，因此被认为是更可靠的金属性指标和合适的比较元素。因此，在大型望远镜上以高信噪比对精心挑选的大量 PNe 样本进行光谱观测时，数据不仅首次揭示了 PNe 中强烈的"锁步"行为或硫，这在其他类型的天体物理天体中也是可以看到和预期的，而且异常现象本身也有效地消失了。作者有效地推翻了以前的说法，即行星状星云中的硫异常是由于低估了较高的硫电离阶段或弱硫线通量造成的。这一发现强调了高质量数据在揭开科学之谜方面的至关重要性。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

物理学家成功地测量了微小粒子所受到的微弱引力

物理学家成功地测量了微小粒子所受到的微弱引力 量子引力的突破然而，南安普顿大学的物理学家与欧洲的科学家合作，利用一种新技术成功地探测到了一种微小粒子所受到的微弱引力。他们声称，这可能为找到难以捉摸的量子引力理论铺平道路。这项发表在《科学进展》杂志 上的实验利用悬浮磁铁探测微观粒子的引力微小到接近量子领域。量子实验的艺术印象。资料来源：南安普顿大学第一作者、南安普顿大学的蒂姆-福克斯（Tim Fuchs）说，这些结果可以帮助专家们找到我们的现实图景中缺失的拼图。他补充说："一个世纪以来，科学家们一直试图弄清万有引力和量子力学是如何协同工作的，但都以失败告终。现在，我们成功地测量到了有记录以来质量最小的引力信号，这意味着我们离最终实现引力信号如何协同工作又近了一步。从这里开始，我们将利用这种技术缩小源的规模，直到我们到达两边的量子世界。通过理解量子引力，我们可以解开宇宙中的一些谜团比如宇宙是如何开始的，黑洞内部发生了什么，或者将所有的力统一到一个大理论中。"科学界尚未完全理解量子领域的规则但人们相信，微观尺度上的粒子和力的相互作用与常规尺寸的物体不同。南安普顿的学者与荷兰莱顿大学和意大利光子学与纳米技术研究所的科学家共同进行了这项实验，实验经费来自欧盟地平线欧洲 EIC 开拓者基金（QuCoM）。他们的研究使用了一套复杂的装置，包括被称为陷阱的超导装置、磁场、灵敏探测器和先进的隔振装置。它在绝对零度以上百分之一摄氏度（约零下273 摄氏度）的冰点温度下悬浮一个 0.43 毫克大小的微小粒子，测量到了微弱的拉力，仅为 30aN 。拓展量子研究的视野南安普顿大学物理教授亨德里克-乌尔布里希特（Hendrik Ulbricht）说，这些结果为今后在更小的物体和力之间进行实验打开了大门。他补充说："我们正在推动科学的发展，这可能会带来关于引力和量子世界的新发现。我们的新技术利用极低的温度和设备来隔离粒子的振动，这很可能被证明是测量量子引力的未来方向。揭开这些谜团将有助于我们解开宇宙结构的更多秘密，从最微小的粒子到最宏伟的宇宙结构。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

物理学家提出广义相对论的修正方案 解释引力在宇宙尺度上稍稍减弱的奇特现象

物理学家提出广义相对论的修正方案 解释引力在宇宙尺度上稍稍减弱的奇特现象 在过去的 100 年里，物理学家一直依靠阿尔伯特-爱因斯坦的"广义相对论"来解释引力如何在整个宇宙中起作用。广义相对论被无数次试验和观测证明是准确的，它表明引力不仅影响三个物理维度，还影响第四个维度：时间。该项目的第一作者、滑铁卢数学物理系应届毕业生罗宾-温（Robin Wen）说："这个引力模型对于从宇宙大爆炸理论到拍摄黑洞的所有工作都至关重要。""但是，当我们试图理解宇宙尺度上的万有引力时，在星系团甚至更远的尺度上，我们遇到了与广义相对论预言明显不一致的地方。就好像引力本身不再完全符合爱因斯坦的理论一样。我们把这种不一致称为'宇宙故障'：当距离达到数十亿光年时，引力会变弱约百分之一。"二十多年来，物理学家和天文学家一直在努力创建一个数学模型，以解释广义相对论明显不一致的地方。滑铁卢大学在应用数学家和天体物理学家的跨学科合作下，开展了长期的尖端引力研究。滑铁卢大学天体物理学教授、外围研究所研究员尼耶什-阿夫肖迪（Niayesh Afshordi）说："近一个世纪前，天文学家发现我们的宇宙正在膨胀。星系距离越远，移动速度越快，以至于它们似乎以接近光速的速度移动，而这正是爱因斯坦理论所允许的最大速度。我们的发现表明，在这些尺度上，爱因斯坦的理论可能也是不够的。"研究小组的"宇宙故障"新模型修改并扩展了爱因斯坦的数学公式，在不影响广义相对论现有成功应用的情况下，解决了一些宇宙学测量不一致的问题。"把它想象成爱因斯坦理论的脚注，"温说。"一旦达到宇宙尺度，就会出现条件。这个新模型可能只是我们开始跨越时空解开宇宙谜题的第一条线索。温这项题为"引力中的宇宙故障"的研究发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》上。DOI: 10.1088/1475-7516/2024/03/045编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

“中国天眼”探测到纳赫兹引力波存在关键证据

“中国天眼”探测到纳赫兹引力波存在关键证据 据中新社报道，记者从中国科学院国家天文台获悉，这项纳赫兹引力波研究重要成果论文，星期四（6月29日）在中国天文学术期刊《天文与天体物理研究》（RAA）在线发表。 作为引力波的一种，对频率低至纳赫兹的引力波进行探测，将有助于天文学家理解宇宙结构的起源，探测宇宙中最大质量的天体即超大质量黑洞的增长、演化及并合过程，也有助于物理学家洞察时空的基本物理原理。 中科院国家天文台说，后续将充分发挥FAST脉冲星测时精度国际领先优势，加快纳赫兹引力波探测科研攻关，积累更长期的观测数据，逐步发表更高精度的探测结果，打开人类利用纳赫兹引力波探测宇宙的新窗口。 同时，该台还将积极推进FAST扩展和升级，基于脉冲星测时阵列方法，实现纳赫兹引力波事件的常规观测，从而建成纳赫兹引力波天文台，并开启更高灵敏度和更高分辨率的低频射电观测研究新纪元，将中国加快建设成为引力波天文和射电天文强国。

天体物理学家在"El Gordo"星系团探测到潜在的碰撞暗物质

天体物理学家在"El Gordo"星系团探测到潜在的碰撞暗物质 这项研究利用数值模拟分析了"El Gordo"（西班牙文的字面意思是"胖子"）一个距离我们 70 亿光年的巨型星团合并体内部发生的情况。计算结果表明，在这个星团中，观测到的暗物质最大密度点与其他质量成分最大密度点之间的物理分离可以用所谓的SIDM（自相互作用暗物质）模型来解释，而不是标准模型。这项研究为支持 SIDM 模型做出了重要贡献，根据该模型，暗物质粒子通过碰撞交换能量，从而产生有趣的天体物理学影响。埃尔戈多星系团合成图。图片来源：X 射线：NASA/CXC/Rutgers/J.Hughes et al, Optical: ESO/VLT/Pontificia Universidad.智利天主教大学/L.Infante & SOAR (MSU/NOAO/UNC/CNPq-Brazil)/Rutgers/F.Menanteau, IR: NASA/JPL/Rutgers/F.Menanteau"根据目前公认的标准宇宙学模型，宇宙目前的重子物质密度仅占其总物质含量的 10%。剩下的 90% 是暗物质"，该研究的作者里卡多-瓦尔达尼尼解释说。"一般认为，这种物质是非重子的，由冷的无碰撞粒子组成，只对引力有反应。因此被称为"冷暗物质"（CDM）。"研究人员说："然而，仍有许多观测结果无法用标准模型来解释。"为了回答这些问题，几位作者提出了一个替代模型，称为 SIDM。证明暗物质的碰撞特性，更广泛地说，证明标准宇宙学模型的替代理论是非常复杂的："然而，在距离我们许多光年之外，有一些独特的实验室可以证明对这一目的非常有用。这些实验室就是大质量星系团，它们是巨大的宇宙结构，一旦发生碰撞，就会产生自宇宙大爆炸以来能量最大的事件。厄尔戈多星系团的质量约为1015个太阳质量，是我们已知的最大星系团之一。由于其特殊性，厄尔戈多一直是众多理论和观测研究的主题"。暗物质可能是碰撞产生的根据标准范式，在星团合并过程中，碰撞气体质量部分的行为将不同于其他两个部分星系和暗物质。在这种情况下，气体会耗散其部分初始能量。瓦尔达尼尼解释说："这就是为什么在碰撞之后，气体质量密度的峰值会落后于暗物质和星系质量密度的峰值。"然而，在 SIDM 模型中，应该观察到一种奇特的现象，即暗物质中心点它的最大密度点与其他质量成分的中心点在物理上分离，这种奇特现象代表了真正的"SIDM 模型特征"。根据观测，这正是"El Gordo"内部发生的情况。观察"El Gordo"瓦尔达尼尼解释说："让我们从观测开始。它由两个巨大的子星团组成，分别称为西北（NW）和东南（SE）。El Gordo"星团的 X 射线图像显示，在东南子星团中有一个单一的 X 射线发射峰值，在 X 射线峰值之外还有两条拉长的微弱尾巴。值得注意的是不同质量成分的峰值位置。与"子弹"星团（另一个碰撞星团的重要例子）不同的是，X 射线峰值出现在东南暗物质峰值之前。此外，最亮星团星系（BCG）不仅落后于X射线峰值，而且在空间上似乎也偏离了东南质量中心点。另一个值得注意的方面可以在西北星系团中看到，星系数量密度峰在空间上偏离了相应的质量峰"。研究结果表明，碰撞暗物质可以解释在"El Gordo"观测到的现象。为了解释他的发现并验证 SIDM 模型，瓦尔达尼尼在《天文学与天体物理学》上发表的研究报告中使用了大量所谓的 N 体/流体力学模拟。因此，他进行了一项系统的研究，旨在重现"El Gordo"的观测特征。瓦尔达尼尼指出："这项模拟研究最重要的结果是，如果暗物质是自相互作用的，那么在"El Gordo"星团不同质量中心点之间观测到的相对分离现象自然就能得到解释。正因为如此，这些发现提供了一个明确的暗物质行为特征，它在能量非常高的高红移星团碰撞中表现出碰撞特性。"然而，也有不一致的地方，因为这些模拟得到的 SIDM 截面值高于目前的上限，而目前的上限在星团尺度上为一阶。这表明，目前的 SIDM 模型应被视为一种低阶近似，而描述暗物质在主要星团合并中相互作用的基本物理过程要比通常假定的基于暗物质粒子散射的方法所能充分表达的更为复杂。"这项研究令人信服地证明了在碰撞星团之间存在自相互作用暗物质的可能性，以此替代标准的无碰撞暗物质范式"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：