克服全球X射線天文學危機:60年來沒有收集到如此多的信息

超自然現象探索官 2024-02-27 08:05:50

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2019 年夏天,配備ART-XC 望遠鏡和德國 eROSITA 的 Spektr-RG 天文台由質子-M 火箭從拜科努爾航天發射場送入太空。後者的科學計劃涉及八項天體調查,其中四項已經完成。其中第一個的目錄已于本月發布。首席研究員 Andrea Merloni 表示,這一結果對于 X 射線天文學來說是“令人興奮的”。

X射線視力

在 6 個月內,發現的源頭比 XMM-Newton 和 Chandra 大型旗艦任務在近 25 年的運行中發現的源頭還要多。此外,eROSITA 能夠收集到的數據比 X 射線天文學 60 年來收集的數據還要多。現在,科學家們有望了解爲什麽標准宇宙學模型的預測與大爆炸後出現的宇宙微波背景(CMB)的觀測結果不相符。

最初,eROSITA 的主要科學目標是研究正在加速宇宙膨脹的暗物質。星系團被用來觀察這個過程。eROSITA 以均勻的空間分辨率和非常高的靈敏度掃描天空。這就像用無限視野的望遠鏡觀察星團一樣。

毫不奇怪,該工具及其數據超出了其預期目的。他發現了 1000 多個星系超星系團,發現了兩個准周期性噴發的黑洞,並確定了恒星發射的 X 射線如何影響其行星上大氣和水的保留。然而,宇宙的關鍵研究之一是“S8電壓”——一個與哈勃電壓相關的問題。

宇宙的透明度

爲了量化物質在大片空間中的振蕩方式,科學家使用了 S8 參數。一些專家普遍認爲,如果不創建一個全新的物理模型,這種張力就無法解釋。然而,eROSITA 收集的數據讓科學界感到樂觀,因爲解決這個問題不需要從根本上重塑整個宇宙學。

X射線望遠鏡高精度地測量了星系團的演化。令人驚奇的是,這些測量的參數與宇宙微波背景輻射的觀測結果一致。這證明從大爆炸的第一秒起,相同的宇宙模型仍然有效。

根據ΛCDM(冷暗物質模型,宇宙學的標准模型),大爆炸之後,宇宙只是一團電子、質子和光子,致密而熾熱。然而,它根本不透明,因爲光子被電子無休止地散射。四十萬年過去了,宇宙已經膨脹和冷卻到足以使電子和質子靠得更近並結合成第一個氫原子。

宇宙在再電離時代變得透明。這就是殘余輻射的産生方式。也就是說,第一道光,最初完美地充滿了所有時空。在它的幫助下,宇宙的演化得以追蹤,因爲恒星的出現要晚得多——在原子聚集在一起形成氣體雲之後。然後恒星聚集成星系,然後又聚集成星團。

即將開業

這些星團的觀測數據表明,暗物質和可見物質占據了普遍能量密度的29%(這與SMB的觀測結果一致)。而在S8參數的幫助下,終于可以測量這種物質的異質性了。如果早期與 SMV 相關的實驗顯示 S8 的值被高估,那麽現在它符合預測的理論。

“我們可能正處于新發現的邊緣。如果得到證實,eROSITA 將爲超越廣義相對論的新理論鋪平道路。”天文學家 Emmanuel Artis 說道。

eROSITA 還幫助追蹤了難以捉摸的事情,即它收集了以前無法記錄的粒子數據。我們談論的是質量和電荷可以忽略不計的中微子。事實證明,每秒有 100 萬億個中微子穿過我們的身體。科學家稱它們爲“熱”,因爲由于它們很輕,它們幾乎以光速飛行並升溫。因此,它們有助于物質的平穩分布。當我們研究星系團的演化時,甚至可以測量這一點。

通過將宇宙微波背景輻射的觀測數據與星系團的測量數據相結合,澄清中微子質量成爲可能。但這還不是全部。eROSITA 應該有助于確定最大結構的生長速度。早期分析表明,它們在後期的生長速度更加緩慢。而這僅僅證實了廣義相對論。

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超自然現象探索官

簡介:致力于超自然現象、星球科普、天體物理學、天文學