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（WilliamDeRocco）于2月26日在《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423665.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423665.htm

天体物理学家测量物质、暗物质和暗能量的总量

天体物理学家测量物质、暗物质和暗能量的总量第一作者、日本千叶大学埃及国家天文和地球物理研究所研究员穆罕默德-阿卜杜拉博士解释说："宇宙学家认为，总物质中只有约20%是由常规物质或'重子'物质构成的，其中包括恒星、星系、原子和生命。"大约80%是由暗物质构成的，暗物质的神秘性质尚不清楚，但可能由一些尚未发现的亚原子粒子组成。(见图）。""研究小组使用了一种行之有效的技术来确定宇宙中的物质总量，即把观测到的单位体积内星系团的数量和质量与数值模拟的预测结果进行比较，"合著者、阿卜杜拉的前研究生导师、加州大学默塞德分校物理学教授兼研究、创新和经济发展副校长吉莉安-威尔逊（GillianWilson）说。"目前观测到的星团数量，也就是所谓的'星团丰度'，对宇宙学条件，尤其是物质总量非常敏感"。图1.就像"金发姑娘"一样，研究小组将测量到的星系团数量与数值模拟的预测进行比较，以确定哪个答案"恰到好处"。资料来源：穆罕默德-阿卜杜拉（埃及国家天文和地球物理研究所/日本千叶大学）弗吉尼亚大学的阿纳托利-克莱平（AnatolyKlypin）说："宇宙中总物质的比例越高，就会形成越多的星团。但要精确测量任何星系团的质量都很困难，因为大部分物质都是暗物质，我们无法用望远镜直接看到。"为了克服这一困难，研究小组不得不使用一种间接的星系团质量追踪器。他们所依赖的事实是，质量较大的星团比质量较小的星团包含更多的星系（质量富集度关系：MRR）。由于星系由发光的恒星组成，因此可以利用每个星团中星系的数量来间接确定其总质量。通过测量斯隆数字巡天观测样本中每个星团的星系数量，研究小组能够估算出每个星团的总质量。然后，他们将观测到的单位体积星系团的数量和质量与数值模拟的预测值进行了比较。观测结果与模拟结果的最佳拟合值是宇宙由31%的总物质组成，这一数值与普朗克卫星的宇宙微波背景（CMB）观测结果非常吻合。值得注意的是，CMB是一种完全独立的技术。验证与技术千叶大学的石山智明（TomoakiIshiyama）说："我们首次利用MRR成功地测量了物质密度，这与普朗克团队利用CMB方法获得的结果非常吻合。这项工作进一步证明，星团丰度是约束宇宙学参数的一项有竞争力的技术，也是对CMB各向异性、重子声振荡、Ia型超新星或引力透镜等非星团技术的补充。"研究小组认为，他们的成果是首次成功利用光谱学（将辐射分离成各个波段或颜色的光谱的技术）来精确确定每个星团的距离，以及与星团有引力约束的真正成员星系，而不是视线沿线的背景或前景干扰者。以前尝试使用MRR技术的研究则依赖于粗糙得多和精确度较低的成像技术，例如使用在某些波长下拍摄的天空照片，来确定每个星团和附近真正成员星系的距离。结论和未来应用这篇发表在9月13日《天体物理学报》上的论文不仅证明了MRR技术是确定宇宙学参数的强大工具，而且还解释了如何将它应用于大型、宽视场和深视场成像以及光谱星系巡天（如斯巴鲁望远镜、暗能量巡天、暗能量光谱仪、欧几里得望远镜、eROSITA望远镜和詹姆斯-韦伯太空望远镜等进行的巡天）所获得的新数据集。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385143.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385143.htm

天体物理学家发现了宇宙的耳语 早期宇宙中最微弱的JD1星系

天体物理学家发现了宇宙的耳语早期宇宙中最微弱的JD1星系JD1星系的投影图（插图），它位于一个名为Abell2744的明亮星系团后面。GuidoRoberts-Borsani/UCLA）；原始图像：NASA,ESA,CSA,SwinburneUniversityofTechnology,UniversityofPittsburgh,STScI在大爆炸之后，宇宙膨胀并冷却到足以让氢原子形成。由于没有来自第一批恒星和星系的光，宇宙进入了一个被称为宇宙黑暗时代的时期。第一批恒星和星系在几亿年后出现，并开始燃烧掉大爆炸留下的氢雾，使宇宙变得透明，就像今天这样。由加州大学洛杉矶分校的天体物理学家领导的研究人员证实了一个遥远的、微弱的星系的存在，该星系是那些光线烧穿氢原子的典型星系；这一发现应该有助于他们理解宇宙黑暗时代是如何结束的。由加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）天体物理学家领导的一个国际研究小组已经证实了早期宇宙中所见到的最微弱的星系的存在。这个被称为JD1的星系是迄今为止被确认的最遥远的星系之一，它是典型的那种烧穿大爆炸留下的氢原子雾的星系，让光线照亮宇宙并将其塑造为今天的样子。这一发现是利用美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜进行的，其结果发表在《自然》杂志上。宇宙生命的头十亿年是其演变的关键时期。在大爆炸之后，大约138亿年前，宇宙膨胀并冷却到足以让氢原子形成。氢原子吸收来自年轻恒星的紫外线光子；然而，在第一批恒星和星系诞生之前，宇宙变得黑暗，进入了一个被称为宇宙黑暗时代的时期。几亿年后，第一批恒星和星系的出现使宇宙沐浴在充满活力的紫外线中，开始燃烧，或电离氢雾。这反过来又使光子能够穿越空间，使宇宙变得透明。确定在那个时代占主导地位的星系类型--被称为"离子化时代"--是今天天文学的一个主要目标，但是在韦伯望远镜开发之前，科学家们缺乏研究第一代星系所需的敏感的红外仪器。加州大学洛杉矶分校博士后研究员、该研究的第一作者GuidoRoberts-Borsani说："迄今为止，用JWST发现的大多数星系都是明亮的星系，这些星系很罕见，而且不被认为特别能代表填充早期宇宙的年轻星系。因此，虽然很重要，但它们不被认为是烧掉所有氢雾的主要媒介。""另一方面，像JD1这样的超暗星系要多得多，这就是为什么我们相信它们更能代表进行再电离过程的星系，使紫外线在空间和时间中不受阻碍地传播。"JD1是如此的昏暗和遥远，以至于如果没有强大的望远镜--以及来自大自然的帮助，研究它是具有挑战性的。JD1位于附近一个名为Abell2744的大型星系团后面，这些星系团的综合引力弯曲并放大了来自JD1的光线，使得它看起来更大，比原来的亮度高13倍。这种效应被称为引力透镜，类似于放大镜如何扭曲和放大其视野内的光线；如果没有引力透镜，JD1可能会被错过。研究人员利用韦伯望远镜的近红外光谱仪NIRSpec获得了该星系的红外光谱，使他们能够确定它的精确年龄和与地球的距离，以及它在相对较短的寿命内形成的恒星数量和灰尘及重元素数量。该星系的引力放大和韦伯望远镜的另一个近红外仪器NIRCam的新图像相结合，也使研究小组有可能以前所未有的细节和分辨率研究该星系的结构，揭示了正在形成恒星的三个主要拉长的灰尘和气体团块。研究小组利用新的数据将JD1的光线追溯到它的原始来源和形状，揭示了一个紧凑的星系，其大小只是像银河系这样的老星系的一小部分，而银河系的年龄为136亿年。由于光线到达地球需要时间，所以JD1被看作是大约133亿年前的样子，当时宇宙的年龄只有现在的大约4%。"在韦伯望远镜开启之前，就在一年前，我们甚至无法梦想确认这样一个微弱的星系，"加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授、该研究的第二作者TommasoTreu说。"JWST和引力透镜的放大能力的结合是一场革命。我们正在改写关于星系如何在大爆炸后立即形成和演化的书"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1364163.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1364163.htm

摇摆不定的黑洞碰撞或探测器故障？天体物理学家对极端结果感到困惑

摇摆不定的黑洞碰撞或探测器故障？天体物理学家对极端结果感到困惑黑洞碰撞是宇宙中一些最极端的现象。当两个黑暗的天体相互旋转时，它们扰乱了时空结构，在宇宙中发出了涟漪。这些涟漪--引力波--最终会冲到地球上，美国、意大利和日本的一些非常敏感的探测器可以“听到”它们。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1326555.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1326555.htm

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IvanBojičić的想法制作，由IvanBojičić绘制，DavidFrew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PNNGC5189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HII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（ProfessorQuentinPARKER）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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418663.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418663.htm

天体物理学家发现星系间的第一个气泡

天体物理学家发现星系间的第一个气泡一个模拟的可视化图描述了一个星系原簇周围大规模加热的情景，使用的是超级计算机模拟的数据。这被认为是与在COSTCO-I原生星团中观察到的情况类似。图片中心的黄色区域代表一个巨大的、热的气体团，横跨几百万光年。蓝色表示较冷的气体，它位于原生星团的外部区域，以及连接热气体和其他结构的丝状物。图像中的白点，即嵌入气体分布中的白点，是由恒星发出的光。资料来源：THREEHUNDRED合作组织宇宙中所有原子的绝大部分-大约90%可以在填补可见星系之间空间的星系间气体中找到。这种星系间介质目前处于高温和复杂的状态，温度从10万摄氏度到1000多万摄氏度不等，被研究人员称为"暖热星系间介质"（WHIM）。然而，在100多亿年前，当宇宙中的星系处于形成恒星的高峰期时，大多数星系间介质存在于相对较冷的温度，低于1万摄氏度，创造了一个更可预测和稳定的阶段。由KavliIPMU研究生ChenzeDong和项目助理教授Khee-GanLee领导的一个国际研究小组已经确定，在宇宙只有30亿年历史的时候，宇宙中最远的一片区域被加热到更具有今天WHIM的温度。这个区域是一个被称为"COSTCO-I"的巨大星系聚合体，一个总质量超过太阳质量400万亿倍的星系原簇，横跨几百万光年，也是由Lee和KavliIPMU的一个研究小组在2022年发现的。该图比较了在COSTCO-I星系原星团附近观察到的氢气吸收（上图），与计算机模拟计算出的原星团存在的预期吸收进行了比较。强烈的氢气吸收显示为红色，较低而弱的吸收显示为蓝色，而中间的吸收则表示为绿色或黄色。图中的黑点表示天文学家在该地区探测到的星系。在COSTCO-I的位置（其中心在两幅图中都标记为恒星），天文学家发现观察到的氢气吸收与该时代宇宙的平均值没有太大差别。这令人惊讶，因为人们期望在那个与观察到的高浓度星系相对应的区域中找到跨越数百万光年的扩展氢吸收。资料来源：Dong等人。尽管像这样的遥远宇宙中的星系原生簇经常被发现，但是当他们使用夏威夷茂纳凯亚的W.M.凯克天文台的10.3米直径的凯克-I望远镜检查覆盖COSTCO-I的紫外线光谱时，该团队发现了一些奇怪的现象。通常情况下，在121.6纳米的特定波长下，星系原生体的巨大质量和尺寸会投下一个巨大的阴影，这是由于与原生体气体相关的中性氢的吸收造成的，但是在COSTCO-I的位置没有发现吸收阴影。"我们对这一缺失感到惊讶，因为氢气吸收是搜索星系原生星团的常见方式之一，而COSTCO-I附近的其他原生星团确实显示出这种吸收信号"，Dong说。没有中性氢跟踪原生星系团表明原生星系团中的气体必须被加热到可能比宇宙中那个时候的星系间介质预期的冷态高一百万度。如果我们把今天的星系间介质看作是一个巨大的宇宙炖品，它正在沸腾和起泡，那么COSTCO-I可能是天文学家在遥远的过去观察到的第一个气泡，而当时这个锅里的大部分东西仍然是冷的。WHIM的特性和起源仍然是目前天体物理学中最大的问题之一，能够瞥见WHIM的早期加热点之一将有助于揭示导致星系间气体沸腾成今天的泡沫的机制。这种情况的发生有几种可能性，但可能是由于气体在引力塌缩过程中相互碰撞而升温，或者巨大的射电喷流可能从原生星团内的超大质量黑洞中抽出能量。"COSTCO-I甚至在原生星团的演化方面也很有趣。天文学家通常在星系或星系间介质中寻找原生星团，以发现它们。然而，COSTCO-I却无法通过这些传统方法找到。未来的PFS调查将能够搜索到更多像COSTCO-I这样的原生星团，并揭示它们的演化过程，"共同作者、JSPS海外研究员RiekoMomose说。星系间介质代表着为星系提供原材料的气体库，而热气体与冷气体的行为方式不同，它们可以很容易地流入星系并形成恒星。能够直接研究早期宇宙中WHIM的成长，将使天文学家能够建立起星系形成的连贯性，以及为其提供能量的气体的生命周期。KavliIPMU的天文学家们目前正在大力参与为茂纳凯亚岛上的8.2米斯巴鲁望远镜开发一个强大的新的多物体光谱仪，即斯巴鲁主焦点光谱仪（PFS）。利用斯巴鲁PFS，天文学家将能够绘制出比目前的研究大40倍的体积，并研究数百个星系原簇的气体特性。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357073.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357073.htm