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关于宇宙的5个未解之谜

简介:天文学家获得了第一张宇宙网的大尺寸图像——暗物质和氢气组成的极其古老的结构,宇宙的星系就是在其上形成的。

 

  天文学家最近获得了宇宙网的第一张高分辨率图像,宇宙网是由暗物质和氢气编织而成的,也是星系诞生的地方。 这种物质如此遥远且如此微弱,以至于科学家们呼吁世界上最强大的望远镜和相机来获取揭示宇宙结构的图像。

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   13.8亿年前,宇宙是在剧烈的爆炸过程中形成的,这很像爆炸,但它是空间本身的爆炸,而不是我们每天在太空中看到的爆炸,也就是说,这个爆炸创造了空间本身! 大爆炸产生的空间充满了物质和能量,而且它们的分布是不均匀的。 有些地方比其他地方有更多的实质内容。 这些高密度区域和低密度区域之间的差异非常小,一个典型的高密度区域可能只比它的邻居密度大10万倍,但这足以让我们构建我们今天看到的宇宙结构。

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  这些密度较高的区域有足够的引力来抵抗宇宙的膨胀,事实上它们正在收缩,我们推测,因为暗物质(既不反射也不发射光,但具有质量和引力的奇异物质)正在吸引周围的物质然后形成一个又长又细的丝结构,就像一张大网。 正常物质(构成我们身体的物质)被吸引向这些细丝,直到与它们连接。 物质由于引力的作用在细丝上流动和积累,形成星系、星系团,甚至更大的超星系团和星系团簇,这是已知宇宙中最大的结构。

  而这一切都来自于空间结构的微小“波动”!

  问题是如何看待这些原始结构——构成宇宙网的细丝。 它们本来充满了氢气和热量,但那是很久以前的事了,它们发出的光花了 130 亿年才到达我们。 它们很微弱,但它们的探测已经取得了一些进展。

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  例如,我们可以通过类星体找到它们,类星体是超亮星系中心的超大质量黑洞,当它们向内吸引物质时,它们会向外辐射。 当类星体发出的光穿过早期宇宙中形成的氢气时,部分光会被吸收,这种吸收特征可以被我们观测到。 但这只能告诉我们这些氢气在宇宙中一点的位置。 即使通过数百个类星体,我们也只能得到极少数的点位置,这远远不足以确定这些氢气的分布位置。

  有些气体也会产生辐射,但通常只在明亮的星系周围可见,因此这种探测方法仍然非常有限。 天文学家需要的是宇宙中这种原始氢的分布图来描述整个宇宙。

  天文学家如何解决这个问题呢? 几年前,天文学家将地面上的8.2米甚大望远镜(VLT)和多目标光谱探测器(MUSE)指向哈勃望远镜建立超深场的天空同一区域。 这个区域实际上看起来就像从地球上看一样。 它很小,只有一粒沙子大小,哈勃在其中发现了超过 10,000 个星系。

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  哈勃超深场 - 哈勃观测了 11 天的一小片天空区域,在那里发现了超过 10,000 个星系

  贡献者:NASA、ESA/Hubble、太空望远镜科学研究所的 Beckwith、哈勃超深场研究团队

  在这一地区,科学家们发现了大量的氢气,这非常令人兴奋! 于是这些科学家进行了更深入的观察。 他们花了整整8个月的时间,获得了同一区域140个小时的图像信息。 不仅仅是图像,还有将光分解成各种颜色的光谱。 因为早期宇宙中形成的氢气发出特定波长范围的光,该波长范围位于紫外线范围内,称为莱曼α波段。 当这束光经过数亿年到达我们的地球时,它会红移到近红外波段。 通过测量波长,我们知道红移,从而知道我们与在莱曼阿尔法波段发光的氢气的距离。

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  极其遥远的氢气(以蓝色显示)构成了早期星系诞生的宇宙细丝。 气体图像叠加在哈勃拍摄的超深场图像上。

  贡献者:Roland Bacon、David Marie、欧洲南方天文台/NASA

  最后,科学家们获得了由这些发光氢气形成的灯丝结构。 有些丝状结构距离我们长达130亿光年,而这些结构是在宇宙刚刚1亿岁的时候形成的!

  准确地说,科学家们在距地球115亿至130亿光年的地方发现了团块和丝状结构,其中一些长达1000万光年,宽度只有几十万光年。 他们在莱曼 α 波段发现了 1,250 个辐射点源,其中一些聚集成 22 个较大的莱曼 α 辐射区域,每个区域包含 10 到 26 个团块。 这些星团结构代表了非常早期的星系和星系群,距宇宙形成的时间不远。

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  左边的图像显示了数千个矮星系聚集在一起的模拟(假设每个矮星系都是单独可见的)。 右图显示了甚大望远镜 (VLT) 和多目标光谱探测器 (MUSE) 如何收集和探测来自这些矮星系的光。 ) 在

  贡献者:蒂博·加雷尔、罗兰·培根

  这个结果已经很好了! 科学家们还在这些团块之外发现了许多不太清晰的莱曼α辐射,他们称之为扩展辐射。 通过模拟极早期宇宙中的物质团,这些辐射是由数十亿个矮星系的诞生引起的,这些矮星系比我们的银河系小得多,之所以如此称呼是因为它们极其暗淡。 它们是超低亮度的辐射源,其中一些只比我们的太阳亮几千倍,而银河系的亮度却比太阳的亮度高出数百万倍。 可见这些矮星系有多么暗淡。 想想看,需要多少个矮星系才能点亮那片气体?

  这些星系非常年轻,我们看到的光是它们在三亿年前产生的。 相比之下,银河系已有 120 亿年的历史,因此我们实际上得以一睹宇宙初期的样子。

  科学家还发现,甚大望远镜(VLT)和多目标光谱探测器(MUSE)获得的数据中有30%在哈勃超深场中无法看到,这意味着即使是哈勃望远镜也无法观测到这些。 部分。 鉴于甚大望远镜(VLT)比哈勃望远镜大得多,这并不奇怪,但这是一项相当大的成就。

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  正如该计算机模拟所示,暗物质被认为在早期宇宙中形成了巨大的网络结构,并且在网络结构的细丝处形成了星系。

  贡献者:Springer,千年模拟项目

  作为一名天文学家,我对这一成果感到非常惊讶,这与早期宇宙的模拟结果是一致的! 这是一个重要的时刻:仅使用数学、物理和天文观测,我们就可以预测宇宙的早期并得到正确的结果。

  我听到有些人嘲笑科学,认为科学结论是猜想的垃圾。 但这实际上是我们了解难以接近的世界的最佳方法,并且取得了令人难以置信的成功,这些新的观察结果就是证明。 对于这些人来说,你可以按照自己的喜好来拒绝科学,但你要明白,你实际上是在否认宇宙的客观事实!

  作者:菲尔·普莱特

   FY:望远镜X

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