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天文学家热衷于解决一些宇宙最基本的奥秘,他们的目光投向了一个新的目标:类星体,一种围绕着巨大黑洞剧烈旋转,并以其灿烂的光芒穿透宇宙的物质风暴。

这些鲜为人知的星系核心比宇宙中其他任何物体都要亮。它们可以跨越难以想象的距离看到,可能正是研究人员需要了解整个宇宙的某些特征,包括它的膨胀。早期试图利用强大的聚光灯的尝试一直受到不确定性的困扰,但一项新的分析发现,这些物体可能会持续发光,足以让研究人员用它们来填补宇宙历史上的一个大洞。

“这是一个非常巨大的差距,”他说苏珊娜Bisogni,一位天体物理学家国家天体物理研究所在意大利米兰。“类星体有可能跨越这个范围。”

特殊的超新星照亮了膨胀的宇宙

近几十年来,测量遥远距离的黄金标准是一种恒星爆炸:1a型超新星。这些超新星通常以相同的亮度爆炸,所以天文学家知道,更明亮的超新星一定离得更近,而较暗的超新星一定离得更远。这些所谓的“标准烛光”揭示了宇宙膨胀的速度越来越快,这意味着一种神秘的“暗能量”正在使星系分离。

但随着天文学家深入观察黑暗,单个恒星,甚至是爆炸的恒星,最终会逐渐消失。用目前的望远镜,研究人员无法看到超过90亿到100亿年前的1a型超新星(因为光需要数十亿年才能到达地球,向太空望去也意味着回顾过去)。没有任何可见的超新星,宇宙学家——专门研究整个宇宙演化的研究人员——对于宇宙最初40亿年里发生了什么,基本上处于黑暗之中。

新标准蜡烛

这就是类星体的由来。超大质量的黑洞会以极高的强度将气体吸向自身,使其变得白热,使其周围的整个星系都相形见绌。

既然天文学家能够分辨出宇宙最初10亿年的类星体的光芒,那么这些物体是否可以成为更明亮、更穿透性的标准烛光呢?

一些天文学家认为可以,这要归功于一个关键的特性。类星体会发出紫外线,其中一些紫外线会撞击周围的热电子云,释放出更高能量的x射线。因为紫外线以一种可预测的方式产生x射线,无论星系离我们有多远,类星体的x射线亮度都以一种固定的方式与它的紫外线亮度联系在一起。通过将紫外线和x射线辐射与类星体的整体亮度或暗度进行比较,天文学家可以将其作为宇宙里程的标记。

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至少理论上是这样的。它似乎适用于许多相对较近的类星体,但关于这些星体如何发射紫外线和x射线的许多细节仍不清楚。一些研究人员质疑早期宇宙中的类星体是否和现在的表现一样。

为了找到答案,一组意大利天文学家梳理了过去的观测结果,并追溯了更久远的时间。他们利用斯隆数字巡天的数据发现了在紫外线下发光的类星体,并利用钱德拉x射线天文台的数据发现了在x射线下发光的类星体,并将这两组数据进行了比较。他们发现,这两种辐射之间的关系一直可以追溯到宇宙大爆炸后的13亿年前。换句话说,类星体在整个宇宙的历史中都稳定地燃烧着,就像标准的蜡烛一样。

Bisogni说:“这对我们使用这种方法测量距离是一个必要的检验,以确保我们使用的工具不是随时间变化的。”

该小组发表了他们研究的预印本,已被该杂志接受天文学和天体物理学9月7日。

古代史的第一眼

天文学家怀疑,他们的古代类星体已经暗示,理论家关于宇宙的描述可能需要重大修改。当他们在2019年计算到最古老类星体的距离时,他们的结果发生了冲突宇宙学的“标准模型”,一个可能具有突破性的解释是暗能量会随着时间而改变。“我们认为这是真的,”他说弗朗西斯卡Civano他是类星体研究小组的一名天体物理学家,在哈佛大学和史密森尼联合管理的天体物理学中心工作。“差别相当大。”

然而,大胆的断言需要确凿的证据,而宇宙学家需要更多令人信服的证据。丹Scolnic杜克大学的宇宙学家,使用1型超新星的精确测量宇宙膨胀和没有参与类星体的研究,赞扬了集团”的顶级球队之一类星体的物理理解,”并表示他们“做正确的步骤”测试类星体的潜在标准蜡烛。

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然而,他不认为目前的类星体观测已经成熟到足以推翻超新星的地位,因为天文学家能够精确定位超新星的位置,其精确度是类星体的五倍。意大利天文学家最近的工作克服了这一缺陷,他们分析了大量大到足以轻松通过统计测试的类星体。但斯科拉尼克担心,例如,不同种类的类星体可能隐藏在相对嘈杂的数据中。

“让我有点紧张的是,当你有不是特别精确的个人测量时,”他说,“你不得不怀疑这些数据中隐藏着什么系统不确定性。”

未来几年,形势将变得更加明朗。最近发射的x射线名为eROSITA的太空望远镜有望发现数百万颗附近的类星体,这可以证明它们在更了解的局部宇宙中作为标准蜡烛的用处,而进一步的调查可能会在这个被遮盖的古老宇宙中发现更多的物体。

“宇宙学家需要认真对待类星体进行宇宙学测量,”Civano说。“它们是非常好的资源。”

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