探秘构筑宇宙的框架：宇宙之网

尒徐 · 发表于 2014-1-20 00:22:51

　　宇宙之网是构筑宇宙的框架。它主要由占宇宙物质85%的暗物质构成，但是这些暗物质除了引力作用之外不存在其他任何的相互作用。在宇宙逐渐演化的过程中，出现了巨大的由物质聚集形成的纤维状结构。在其中落户的星系与恒星，它们发出的光芒打破了黑暗的寂静。更为神奇的暗能量则驱动着宇宙加速膨胀，影响着宇宙之网的演化。这就是宇宙的宏观图像。现在科学家们正打算深入其中的细节。暗物质和暗能量的·X·质是什么？宇宙之网是如何精确组织的？宇宙之网张开的范围从单个星系一直延伸到了可观测宇宙的边界。

　　它的演化描绘着我们今天看到的、一直可以追溯到大爆炸的复杂·X·。同时它也在简约的宇宙学理论和丰富多彩的星系、星系团天体物理学之间架起了桥梁。“对我来说，下个15年天文学和天体物理学中真正激动人心的事情就是认识我们看到的这张宇宙之网，”2007年12月聚会商讨宇宙之网探测未来的106位科学家之一、加拿大多伦多大学的天文学家霍华德·叶说，“但我们目前还无法告诉你，在某个时刻这张网中的某个星系究竟有多大。”探测宇宙之网的过程正改变着天文学的面貌。美国芝加哥大学的天文学家迈克尔·格莱德斯说，科学家们正在用全新的眼光来看待星系。“我们将看到经典天文学——在光学和红外波段观测遥远的天体——的复苏，唯一不一样是我们现在一次能同时观测几百万个目标，”格莱德斯说。

　　宇宙的组成

　　10年前，由于需要额外的引力来束缚星系，因此绝大多数的理论家都同意暗物质的存在。随后紧接着的三个观测帮助宇宙学家们明确了宇宙的精确组成。1998年，两个小组使用Ia型超新星爆发来测量宇宙的膨胀。让他们惊讶的是，和预计的减速膨胀相反，他们发现宇宙正在加速膨胀。与此同时，天文学家们也正在进行星系巡天。作为2度视场星系红移巡天的一部分，天文学家们使用澳大利亚新南威尔士的3.9米英澳望远镜测量了约22万个星系的三维空间位置。这个计划从1997年开始一直持续到了2002年。另一方面，1998年启动的斯隆数字巡天使用美国新墨西哥州的2.5米望远镜精确测量了80万个星系。

　　这些巡天的结果会帮助科学家们了解把星系束缚到一起的暗物质和把它们拆散的暗能量之间的相互作用。之后的2003年，美国宇航局（NASA）的威尔金森微波各向异·X·探测器（WMAP）通过观测宇宙大爆炸的余辉——微波背景辐射，为我们带来了婴儿宇宙的图像。宇宙被认为始于无穷大的密度和温度，随后瞬间膨胀增大了100倍。在这个被称为“暴涨”的阶段之后，宇宙便放缓了膨胀的速度。40万年后，宇宙进一步冷却，使得质子和电子形成了氢原子。这一转变释放出了被束缚的光子，随着宇宙的膨胀它就成了今天我们观测到的温度为2.725开的微波背景辐射。微波背景辐射并不是完全均匀的。

　　暴涨在新生的宇宙中放大的无穷小量子涨落最终成为了宇宙之网中纤维结构的种子。量子涨落同时还造成了微波背景辐射的温度在全天的跨度上出现0.001%的变化。通过分析这一温度起伏并且结合超新星和星系团的观测数据，WMAP的科学家惊奇地发现，宇宙由73%的暗能量、23%的暗物质和4%的普通物质组成，同时还得出宇宙的年龄为137亿年。“由于涨落足够大利于测量，同时它又很小利于研究，因此微波背景辐射真是天赐良机，”NASA戈达德航天中心的宇宙学家盖瑞·辛肖说，“你可以立刻从涨落的谱中得到有关参数。”但是很多问题依然还不清楚，美国芝加哥大学的宇宙学家爱德华·库伯说。“我们大致的图像是正确的，”他解释道，“但是对于星系如何形成、如何相互作用的细节以及星系并合的重要·X·等问题还有待进一步的研究。”
　　身处玻璃鱼缸

　　科学家们希望可以由近到远、从现在到过去地追踪宇宙之网。尽管我们已经能观测到来自大爆炸之后40万年的辐射，但是我们也已经开始探测我们附近的宇宙之网。因此我们有一点像是鱼缸中的金鱼，既能看到污迹斑斑的玻璃又能看到身边的城堡。而两者之间的正是有待发现的。科学家们正在绘制位于暗物质纤维结构上的星系。2005年，他们在星系的分布和微波背景辐射之间建立起了联系。在原子形成前物质进入原初涨落的时候，质子会撞击光子，形成海啸般扫过宇宙的声波。

　　根据在微波背景辐射中留下的印记，这些波在原子形成前大约传播了10万个秒差距，相当于32.6万个光年。随着宇宙膨胀了1000多倍，长度结构也会显现在星系中。美国宾夕法尼亚大学宇宙学家拉维·沙斯（Ravi Sheth）说，根据斯隆巡天的结果，通过比较星系之间的距离，科学家们发现对于某一个给定的星系随着和它距离的增加发现另一个星系的概率也会增加。对这一“重子声速振荡”的更精确测量将会为科学家们提供另一条研究宇宙膨胀、揭示暗能量属·X·的途径。

　　同时科学家们也在通过对星系团的计数来探测宇宙之网，这些星系团是单个星系落入巨大暗物质团块而形成的。星系团的尺度和数量可以揭示出暗物质的分布。同时，暗能量的拉伸效应则会抑制大质量团块的形成。因此加拿大多伦多大学的叶说，统计不一样红移、不一样大小的星系团的数量有望揭示出这两者的·X·质。此外他还说，使用光学和红外望远镜能较为容易的观测到星系团。这是因为星系团中的星系通常都较为年老，且其中充满了红巨星，它们会发出相同颜色的光。

　　因此根据星系的颜色，天文学家们就能立刻区分出一个星系是否隶属于某个星系团以及这个星系团的红移。使用这一技术，叶及其红色序列星系团巡天计划的同事利用夏威夷的加拿大-法国-夏威夷望远镜已经观测了1000平方度的天空，发现了2万个星系团。通过观测暗物质纤维结构的引力对遥远星系影像的扭曲，科学家们正在试图发现它们。美国宾夕法尼亚大学的宇宙学家盖瑞·伯恩斯坦（Gary Bernstein）说，被称为“弱引力透镜”的这一技术使得科学家们可以直接探测暗物质团块，而不必去寻找位于这些暗物质团块中的恒星和星系。

　　由于弱引力透镜效应，星系因此会看上去倾向于整齐排列，就像是鱼群中的鱼。2000年科学家第一次观测到了这一现象，而2007年美国加州理工学院的天文学家理查德·梅西（Richard Massey）及其同事则又往前迈了一大步。利用哈勃空间望远镜拍摄的50万个星系，他们把位于3个不一样距离上的引力透镜星系和宇宙之网的大致三维结构进行了对比。伯恩斯坦说，科学家们希望能在更大的范围上进行类似的三维研究。

q540352 · 发表于 2016-3-26 08:24:19

哈哈支持啊可以换头像咯哦，不过现在也蛮不错的。

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