天文学家提出测量宇宙膨胀的新方法

天文学家提出测量宇宙膨胀的新方法解决方案的关键在于研究引力波，即天文学家于2015年首次探测到的时空涟漪。研究小组研究了引力本身如何影响引力波。当一对黑洞在宇宙舞蹈中合并成一个黑洞时，它们会发出引力波。当它们到达地球时，千米长的探测器帮助科学家研究黑洞对的特性。占据黑洞和地球之间空间的巨大星系改变了这些时空涟漪的路径，导致探测器记录到多份相同的波。天文学家称这种现象为引力透镜。这项研究的合著者帕拉梅斯瓦兰-阿吉斯（ParameswaranAjith）说："一个多世纪以来，我们一直在观测光的引力透镜现象。我们期待在未来几年内首次观测到透镜引力波！"引力波强透镜图形。资料来源：ParameswaranAjith（ICTS）未来二十年，科学家们将开始运行先进的引力波探测器，寻找合并黑洞。"未来的探测器将能够看到比现有探测器大得多的距离，"该研究的合著者之一、来自普纳天文学和天体物理学大学间中心的沙斯瓦特-J-卡帕迪亚解释说。该研究的另一位合著者、来自加州大学圣巴巴拉分校的TejaswiVenumadhav说，他们将能够探测到较弱的引力波信号，这些信号被埋没在影响现有探测器的噪声中。天文学家估计，先进的探测器将记录下几百万个黑洞对发出的信号，每个黑洞对都会合并形成一个超大型黑洞。其中，由于引力透镜作用，约有1万个黑洞合并将在同一个探测器中出现不止一次。苏维克领导的研究小组证明，通过计算这种重复黑洞合并的数量和研究它们之间的延迟，他们可以测量宇宙的膨胀率。随着未来二十年中来自先进引力波探测器的数据逐渐增多，他们的方法有可能精确测量出宇宙的膨胀率。苏维克说，研究小组的建议不需要知道产生多份引力波的单个星系的特性、与黑洞对的距离，甚至不需要知道它们在天空中的确切位置。相反，它只需要一种精确的方法，就能知道哪些信号受到了透镜作用。沙斯瓦特补充说，科学家们正在改进识别重复信号的技术。引力透镜要求天文源距离很远。这些黑洞对符合这一标准，它们可能来自133亿年前，也就是宇宙诞生后不到5亿年的地方。沙斯瓦特提醒说，只有当先进的探测器记录下数百万个黑洞合并时，他们提出的方法才会有所帮助。目前，研究小组正在研究这种未来的观测如何能够区分宇宙学家提出的不同宇宙模型。研究小组解释说，这些模型试图解开难以捉摸的暗物质之谜，暗物质是一种不与光相互作用的物质。暗物质假说解决了天文学家的难题，即解释为什么星系具有观测到的质量。然而，科学家们仍然无法确定暗物质的特性，因此产生了各种暗物质模型。研究小组正在进行的研究表明，未来对透镜引力波的观测将成为研究暗物质特性的工具。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375607.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375607.htm

宇宙膨胀速度还在加快 科学家正寻求新的解释

宇宙膨胀速度还在加快科学家正寻求新的解释天文学家发现，宇宙膨胀正在加速，很可能是由于暗能量的作用，正如LambdaCDM模型所描述的那样。然而，膨胀率测量结果（即哈勃张力）的不一致性正促使人们研究新理论和修改现有模型。对天文学家来说，星系发出的光波长越长，星系远离我们的速度就越快。星系离我们越远，它的光线就越偏向光谱红色一侧的长波长--因此"红移"就越大。宇宙中的时间和距离因为光速是有限的、快速的，但并不是无限快的，所以看到远处的东西意味着我们看到的是它过去的样子。对于遥远的高红移星系，我们看到的是宇宙年轻时的样子。因此，"高红移"对应的是宇宙的早期，而"低红移"对应的是宇宙的晚期。詹姆斯-韦伯太空望远镜（JamesWebbSpaceTelescope）的深场图像显示了宇宙中闪闪发光的星系。这是迄今为止最深、最清晰的遥远宇宙红外图像。这张星系团SMACS0723的图像被称为"韦伯第一深场"，细节丰富。图片来源：NASA、ESA、CSA和STScI但随着天文学家对这些距离的研究，他们了解到宇宙不仅在膨胀，其膨胀速度还在加快。这种膨胀速度甚至比主要理论预测的还要快，这让像我这样的宇宙学家感到困惑，并在寻找新的解释。加速膨胀与暗能量科学家把这种加速的源头称为暗能量。我们还不太清楚是什么驱动了暗能量，也不知道它是如何工作的，但我们认为它的行为可以用宇宙学常数来解释。阿尔伯特-爱因斯坦最初提出了这个常数--他在广义相对论中用lambda标记了它。有了宇宙常数，随着宇宙的膨胀，宇宙常数的能量密度保持不变。想象一个装满粒子的盒子。如果盒子的体积增大，粒子的密度就会减小，因为它们会分散开来占据盒子里的所有空间。现在想象同一个盒子，但随着体积的增大，粒子的密度保持不变。这似乎并不直观，对吗？宇宙常数的能量密度并没有随着宇宙的膨胀而减少，这当然非常奇怪，但这一特性有助于解释加速膨胀的宇宙。LambdaCDM：宇宙学标准模型目前，宇宙学的主要理论或标准模型被称为"LambdaCDM"。Lambda表示描述暗能量的宇宙常数，CDM代表冷暗物质。这个模型既描述了宇宙晚期的加速度，也描述了宇宙早期的膨胀率。具体来说，LambdaCDM可以解释宇宙微波背景的观测结果，即宇宙大爆炸后大约30万年时宇宙处于"高温、高密度状态"时的微波辐射余辉。利用普朗克卫星测量宇宙微波背景的观测结果，促使科学家们创建了LambdaCDM模型。将LambdaCDM模型与宇宙微波背景拟合，物理学家就可以预测哈勃常数的值，哈勃常数实际上并不是一个常数，而是描述宇宙当前膨胀速度的一个测量值。但是，LambdaCDM模型并不完美。科学家们通过测量星系距离计算出的膨胀率，与LambdaCDM利用宇宙微波背景观测数据描述的膨胀率并不一致。天体物理学家将这种分歧称为哈勃张力。宇宙膨胀的速度比流行的宇宙学模型预测的要快。资料来源：NASA/WMAP科学小组哈勃张力在过去的几年里，科学家一直在研究如何解释哈勃张力。这种张力可能表明LambdaCDM模型不完整，物理学家应该修改他们的模型，也可能表明研究人员是时候对宇宙的运行方式提出新的想法了。对于物理学家来说，新想法总是最令人兴奋的。解释哈勃张力的一种方法是修改LambdaCDM模型，改变宇宙晚期低红移时的膨胀率。像这样修改模型可以帮助物理学家预测可能是哪种物理现象导致了哈勃张力。例如，也许暗能量并不是宇宙常数，而是引力以新的方式发挥作用的结果。如果是这样的话，暗能量就会随着宇宙的膨胀而演化--而宇宙微波背景显示的是宇宙诞生几年后的样子，它对哈勃常数的预测就会有所不同。但是，团队的最新研究发现，物理学家无法仅仅通过改变宇宙晚期的膨胀率来解释哈勃张力--这一类的解决方案都不成立。探索新模型为了研究哪些类型的解决方案可以解释哈勃张力，加州大学开发了统计工具，使我们能够测试改变晚期宇宙膨胀率的整类模型的可行性。这些统计工具非常灵活，可以用它们来匹配或模仿不同的模型，这些模型有可能符合宇宙膨胀率的观测结果，也有可能为哈勃张力提供一种解决方案。测试的模型包括不断演化的暗能量模型，即暗能量在宇宙中不同时期的作用不同，科学家们还测试了暗能量-暗物质相互作用模型（暗能量与暗物质相互作用）和修正引力模型（引力在宇宙中不同时期的作用不同）。但这些模型都无法完全解释哈勃张力。这些结果表明，物理学家应该研究早期宇宙，以了解张力的来源。作者：RyanKeeley，加州大学默塞德分校物理学博士后...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397839.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397839.htm

碰撞的黑洞可能揭示了宇宙膨胀速度的秘密

碰撞的黑洞可能揭示了宇宙膨胀速度的秘密据BGR报道，宇宙一直在膨胀。科学家们几十年来一直相信这一点。然而，对科学家们来说，确定宇宙的膨胀速度一直是困难的。现在研究人员可能终于找到了一种方法来确定宇宙的膨胀速度以及它是如何演变的。当两个黑洞碰撞时，它们在时空中产生涟漪，科学家称之为引力波。现在，科学家们已经开发出一种新技术，可以用来测量这些信号的变化。科学家们相信，这可以帮助更好地了解宇宙的膨胀速度。科学家们在20世纪90年代末首次确定，宇宙正在以加速的速度膨胀。我们把这称为哈勃常数。而且，每当科学家们试图根据哈勃常数来计算宇宙的膨胀速度时，他们最终会得到多个数值。因此，许多人一直在寻找一种更精确的方法来测量宇宙膨胀速度。科学家们希望能更好地测量宇宙膨胀速度的一种方法是通过测量紧密的双黑洞之间的宇宙碰撞。据Space.com报道，他们把这些配对称为“光谱警报器”，它们最终可以给我们提供一种更稳定的方法来测量宇宙膨胀的速度。除了告诉我们宇宙是如何膨胀的，了解加速膨胀的速度还可以告诉我们更多关于早期宇宙的情况。詹姆斯·韦伯望远镜最近发现了已知的最早的星系，但是我们对这些星系最初是如何形成的仍然不甚了解。甚至是宇宙是如何从大爆炸中扩张的。人们希望通过测量黑洞碰撞产生的时空涟漪，为科学家们提供更多的数据来观察。而且，由于像詹姆斯·韦伯望远镜这样的设备已经变得如此复杂，我们可能有一天能够确定宇宙的膨胀速度，是什么在助长这种膨胀，甚至何时，如果有的话，它将放缓。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1306615.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1306615.htm

天文学家发现有纪录以来最大宇宙黑洞

天文学家发现有纪录以来最大宇宙黑洞天文学家近期借助“引力透镜”效应，观察到有史以来超大质量黑洞。法新社报道，这项于星期三（3月29日）刊登在《皇家天文学会月刊》（RoyalAstronomicalSociety，简称RAS）的研究说，科学家在前景星系中发现了一个超大质量黑洞，其质量是太阳质量的300亿倍以上，是迄今观察到的四大黑洞之一；距离地球约有20亿光年。领导这项研究的英国达勒姆大学的天文学家南丁格尔（JamesNightingale）说，他们是在一个“非常偶然的”情况下，在遥远宇宙中某个星系光线极其靠近黑洞时，透过“引力透镜”发现了超大质量黑洞（Supermassiveblackhole，简称SMBH）。“引力透镜”（GravitationalLensing）是科学家爱因斯坦的广义相对论所预言的一种现象。由于时空在大质量天体附近发生畸变，光线经过大质量天体附近时会发生弯曲，从而放大了遥远的宇宙，让遥远而暗弱的天体变得清晰。研究人员使用计算机模拟和哈勃太空望远镜的图像确认了这一发现，并排除其他可能性，如暗物质的过度集中等。南丁格尔说，新发现的黑洞预料是有纪录以来的最大质量黑洞，但鉴于所涉及的技术和各种不确定性，暂不能确定这一论述。超大质量黑洞位于星系的中心，利用巨大的引力像尘埃一样吞噬恒星，连光线都会被吞噬。从前，科学家经由观测黑洞吞噬恒星时释放的光型能量，或通过测量恒星经过时加速的轨道来发现这类大小的黑洞；但这些技术只对相对靠近地球的星系有效。南丁格尔说，天文学家能够通过引力透镜“发现其他99%的星系中的黑洞，这些星系目前是无法进入的”。天文学家目前已发现了500个引力透镜，其中至少有一个是超大质量黑洞。因此，当欧洲航天局在7月发射“欧几里德“宇宙飞船到外太空后，预计天分学家将在接下来六年里，经欧几里德发现10万个新引力透镜，开启一个“黑洞大数据时代”。

新证据表明黑洞推动了宇宙的膨胀

新证据表明黑洞推动了宇宙的膨胀自20世纪20年代末以来，天文学家就知道宇宙正在膨胀，几十年来，人们认为这种膨胀的速度会随着时间的推移而减慢。毕竟，引力将事物拉得更近，而宇宙中所有物质的引力被认为是在拖累一切。但是在20世纪90年代，使用哈勃太空望远镜的天文学家们有了一个意外的发现--完全相反的情况正在发生。一个物体离我们的制高点越远，它似乎离我们越快，这表明宇宙的膨胀正在随着时间的推移而加速。在当时的模型中没有任何解释，一种被称为"暗能量"的力量被提出来，它以越来越快的速度将一切事物从其他事物中推开。从那时起，天文学家一直在寻找这种暗能量的迹象，根据它似乎具有的特性。而在一项新的研究中，一个国际科学家小组声称已经发现了暗能量可能藏身的地方--黑洞内部的证据。与我们可能认为的相反，真空并不是完全空的-随机的量子波动产生了所谓的真空能，它施加了一种向外的压力，可以对抗引力并驱动宇宙的膨胀。在一些模型中，可以在黑洞中发现真空能，而在新的研究中，研究小组首次发现了这方面的观测证据。天文学家们首先研究了过去90亿年来星系中心的超大质量黑洞的演变。这些黑洞主要通过吞噬尘埃、气体、恒星和其他黑洞来获得质量，但在一些星系，即所谓的巨椭圆星系中，这种原料会枯竭。那么应该可以预期，椭圆星系中的超大质量黑洞会停止增长。研究人员将遥远的椭圆星系中这些黑洞的质量（人们看到的是数十亿年前的样子）与那些在空间和时间上更接近我们的黑洞进行了比较。果然，现代椭圆星系中的超大质量黑洞比90亿年前的质量要大7到20倍。这表明，超大质量黑洞也可以通过其他机制获得质量。而如果它们含有真空能量，它们将既促进宇宙的膨胀，又从这个过程中获得质量，这种现象被称为宇宙学耦合。研究小组说，这是黑洞含有真空能量的第一个观测证据，当他们计算数字时，他们发现这可以解释今天在宇宙中测量的暗能量的数量。虽然不乏其他暗能量来源的建议，但该团队表示，这个新模型可能是最简洁的。这是因为它不需要在我们现有的模型中加入任何新的元素--正如爱因斯坦的广义相对论所预测的那样，这个缺口可以由黑洞来填补。新模型还解释了另一个宇宙学难题。在目前的模型中，黑洞被认为是将落入其中的一切压缩成一个无限密集的奇点，一个物理定律崩溃的点。它们在数学上应该是不可能的，所以物理学家要么为它们找到变通办法，要么认为它们意味着我们的模型是不完整的。但是如果黑洞含有真空能量，奇点就不再需要存在，这可能是我们理解上的一个重大突破，也是新模型的进一步证据。尽管这项研究耐人寻味，但还需要进一步的研究和观测来证实这个模型。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345337.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345337.htm

天文学家在极早期宇宙极端狂暴的星系中发现快速增长的黑洞

天文学家在极早期宇宙极端狂暴的星系中发现快速增长的黑洞来自德克萨斯大学和亚利桑那大学的天文学家在非常早期的宇宙中已知的最极端的星系之一发现了一个快速增长的黑洞。该星系和其中心的黑洞的发现为最早的超大质量黑洞的形成提供了新的线索。这项新工作发表在《皇家天文学会月报》上。PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1346759.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1346759.htm