活跃的遥远星系指向宇宙膨胀的物理新境界

这是艺术家创作的类星体印象画。

据美国“物理学网”1月29日消息称，《自然·天文学》杂志1月28日刊发的一篇研究论文表示，由意大利佛罗伦萨大学（Università di Firenze）Guido Risaliti和英国杜伦大学（Durham University）的Elisabeta Lusso共同领导的天文学家团队通过研究欧洲航空局（ESA）的“XMM·牛顿卫星”（原名多镜片X射线观测卫星）的一批遥远活跃星系的大型样本发现：宇宙早期的膨胀程度可能要比宇宙学标准模型所预测的大得多。

在这项新研究中，科学家们将目光转向了另一种类型的宇宙示踪体——类星体。类星体是星系的核心，那里有一个活跃的超大质量黑洞正以非常快的速度从其周围环境中吸进物质，并发射出横跨整个电磁波谱的明亮光芒。当物质落在黑洞上时，它就会形成一个旋转的圆盘，所辐射出的可见光和紫外线能够反过来加热附近的电子，产生X射线。

三年前，Guido和Elisabeta意识到类星体的紫外线和X射线亮度之间的一个众所周知的关联，可以被用于估计地球到这些光源的距离——这在天文学测量上是一个著名的棘手难题——从而最终被用来探索宇宙的膨胀历史。科学家把那些其性质允许我们测量其距离的天文光源被称为“标准蜡烛”（standard candles）。Elisabeta解释道：“将类星体当作标准蜡烛具有很大的应用潜力，因为我们能够以比Ia型超新星离我们更远的距离来观察它们。”有了大量类星体的样本在手，天文学家们现在已经将他们的方法付诸实践，而结果则非常有趣。

通过对“XMM·牛顿卫星”历史观测档案进行挖掘，他们收集了7000多个类星体的X射线数据，并将其与地面“斯隆数字巡天测绘”（Sloan Digital Sky Survey）项目的紫外线观测结果相结合。另外，他们还特别使用了“XMM·牛顿卫星”在2017年获得一组新的数据，这些数据专门用来观察非常遥远的类星体，观测它们在宇宙只有大约20亿年历史时的形态。最后，他们利用美国航天航空局（NASA）的钱德拉和斯威夫特X射线天文台所观测到的少量距离更远和一些相对较近的类星体的观测结果来对这些数据进行补充。Guido介绍道,“规模如此大的样本让我们能够细致地研究类星体X射线和紫外线辐射之间的关系，而这极大地改善了我们估算这些天体距离的技术。”在浏览了所有数据并将样本规模缩小到1600个类星体之后，天文学家们得到了最好的观测结果，他们所估算出的这些天体的距离非常可靠，以至于他们可以用其来研究宇宙膨胀状况。

ESA的“XMM·牛顿卫星”项目的科学家Norbert Schartel解释道,“然而，在我们只能用类星体来进行探测的早期阶段，我们发现所观测到的宇宙演化过程与我们根据标准宇宙模型所做的预测之间存在着差异。”在这些类星体的帮助下，天文学家们研究了这段之前未被充分探索的宇宙历史时期，揭示出宇宙学标准模型中可能存在相冲突的地方，而这可能需要额外的参数来调和数据与理论之间的相互关系。Guido最后指出,“一个可能的解决方案是激发一股不断演化的暗能量，而这种暗能量的密度会随着时间的推移而增加。”

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编译：朱明逸  

审稿：三水 

责编：张梦

期刊来源： 《自然·天文学》

期刊编号： 2397-3366

原文链接：

https://phys.org/news/2019-01-galaxies-physics-cosmic-expansion.html

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