宇宙中也有示蹤器！示蹤星系探測，宇宙並不是由隨機分布組成

2020-05-18 科學之美


宇宙中也有示蹤器！示蹤星系探測，宇宙並不是由隨機分布組成

也許令人驚訝的是，宇宙並不是由隨機分布在空間中的星系組成；也就是說，它不是很均勻。相反，宇宙星系聚集成不同的結構，通常是由巨大空隙分開的巨大絲狀物——「大尺度結構(LSS)」，這個結構的發現和映射是大約30年前CfA天文學家首創。自那以後，天文學家們將大尺度結構圖與宇宙微波背景輻射(CMBR)結果以及有關宇宙大爆炸的想法結合起來，形成了一幅非常一致的宇宙圖景，包括宇宙的起源和演化。

宇宙中也有示蹤器！示蹤星系探測，宇宙並不是由隨機分布組成

神秘的東西仍然存在，例如暗物質，預計也會聚集在大型結構中。CfA天文學家大衛·詹姆斯和託尼·斯塔克是一個大型國際團隊的成員，該團隊使用來自早期宇宙星系的光子(「示蹤星系」)來更詳細地探測大尺度結構。當這些光子穿越宇宙到達地球時，光子路徑會受到大尺度結構引力的影響，特別是引力透鏡效應的影響。投射在天空中的年輕星系表觀位置及其統計分布對宇宙中物質當前和演化的幾何和結構都很敏感。

天文學家認識到，雖然預測的質量分布細節極其複雜。但利用一些參數的比值可以消除一些不確定性，使天文學家能夠對目前宇宙演化模型獲得重要的限制。該研究團隊綜合了來自暗能量勘測(一項已經繪製了數百萬個星系的光學勘測)、南極望遠鏡(一種研究CMBR和早期星系的亞毫米波設施)和普朗克任務(一種遠紅外和毫米勘測太空飛行器)的觀測結果。

宇宙中也有示蹤器！示蹤星系探測，宇宙並不是由隨機分布組成

這種方法一個特別有價值的優點是，它不需要知道到示蹤星系的距離(距離需要它們能夠測量微弱的光譜紅移)。科學家們能夠以大約10%的精度獲得當前宇宙學模型的一些詳細參數約束條件。天文學家預測，隨著進一步的研究，這些技術甚至能夠約束暗物質的一些基本特徵，比如它的狀態等分函數，以及迄今為止仍然難以捉摸的性質。

宇宙中也有示蹤器！示蹤星系探測，宇宙並不是由隨機分布組成

物質密度場示蹤劑與引力透鏡效應之間的關係對物質功率譜的演化和宇宙時間膨脹率非常敏感。另一方面，適當定義這些相關函數的比值只取決於到示蹤物和引力透鏡源平面的角徑距離。由於簡單的宇宙學依賴關係，這樣的比率可以利用現有信噪比到小的角尺度，即使在直接建模相關函數比較困難，研究提出了一個測量透鏡率使用星系位置和透鏡數據從暗能量調查。

宇宙中也有示蹤器！示蹤星系探測，宇宙並不是由隨機分布組成

CMB透鏡數據從南極望遠鏡和普朗克，獲得了迄今為止最高精度的透鏡率測量。相對於和諧ΛCDM模型，發現的最佳擬合透鏡比振幅= 1.1±0.1。使用比值測量來產生宇宙學上的約束，重點是曲率參數。證明了光度選擇的星系可以用來測量透鏡率，並認為未來利用LSST和第四階段CMB實驗的數據測量透鏡率可以用來放置有趣的宇宙學約束，即使考慮到光度紅移和星系相關的系統不確定性。

博科園｜研究/來自：哈佛史密森尼天體物理中心

參考期刊《皇家天文學會月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz1309

交流、探討、學習、科學圈

關注我們【微信公眾號：博科園】後①回復「天象預報」可以看日食、月食、流星雨、行星衝日、凌日、掩星及未來100年天象等各種預報數據，有趣天文奇觀及時更新；②回復「每日一天文圖」可以看NASA鏡像譯製更新的每天一張天文照片，美國宇航局各種如哈勃望遠鏡等拍攝的高清大美宇宙天文照片；③回復「科研日報」可以看每日全球權威科研信息及研究論文，如《natural》《science》期刊等，還有「博科園」中文編譯的科研日報；④回復「」購買人類最美54個公式，人類2600年精髓《公式之美》限量發售；⑤回復「索爾維會議」購買1927年第五屆「索爾維會議」人類科學界「最後的晚餐」高清、絕版、彩色修復照；人類最強大腦的罕見聚會，世界上再沒有第二張照片，能讓人類感嘆至今！⑥回復「DK博物大百科」購買6000多張珍貴照片，5000多個豐富物種，跨越地球45億年歷史，自然界的視覺盛宴《DK博物大百科》！福利在【微信公眾號：博科園科學旗艦店】回復「我愛博科園」可領大量優惠代金劵


相關焦點

  • 星系之間發現一座巨大的「橋」，預測「宇宙是無數座橋組成的網」
    宇宙的基本結構可能不是一個個散落的星系「團」，而是由一個個星系團和它們之間的「橋梁」組成的「宇宙網」——這個預測看起來十分大膽，但也並非信口開河。天文學家們最近就在兩個星系團之間觀測到了一座巨大的射電發射「橋」，而且，這已經是天文學界第二次觀察到這樣的結構了。
  • 宇宙是由數不清的星系「小島」組成？
    廣袤的宇宙如同寬廣的大海，而點綴其中的繁星，就如同大海中散落的島嶼。每一團繁星都是一個——宇宙中的島嶼整個世界是由一個又一個的小島，以及小島之間的海洋所組成的嗎？如果你生活在大陸上，你不會有這樣的想法。如果你是個能看到電視聽到廣播拿著電話和別人輕鬆交流的現代人，你當然知道，世界不是由一個個小島組成的。
  • 宇宙是由什麼組成的?
    現在我們知道，宇宙中存在著一些無法由更小的物質構成的基本粒子。你知道這些基本粒子都有哪些嗎？原子是由原子核和電子組成的，電子是基本粒子，但原子核並不是，它是由質子和中子構成的。但還沒有結束，質子和中子實際上是由基本粒子——夸克和膠子組成的。
  • 宇宙中的暗物質可能是由黑洞組成的嗎?
    黑洞仍因其質量而產生重力影響，就像宇宙中所有其他的大質量物體一樣。由此實際上我們可以發現並測量黑洞的質量，通過觀察周圍物質對它的影響。例如位於銀河系中心的超大質量的黑洞有強引力使得離他軌道很近的恆星高速運行。依據這個事實以及描述恆星軌道的等式，我們可以估算出黑洞的質量。我們知道暗物質存在在星系中因為遠離宇宙中心的旋轉曲線是平的。
  • 宇宙是由什麼物質組成的?未知的部分統稱暗物質
    或許有些讀者會感到困惑，因為有時候我們會說暗物質構成了宇宙中所有物質的80%。這是因為整個宇宙中僅有大約30%的組成是物質，在這其中絕大部分是暗物質。而宇宙中剩下的那70%則不是物質，而是能量。宇宙星系的大尺度結構1980年代，人類找到了暗物質存在的一個確鑿證據。
  • 為什麼今天的宇宙是由物質組成的,而不是反物質?
    來源：新浪科技新浪科技訊 北京時間4月27日消息，據國外媒體報導，為什麼今天的宇宙是由物質組成的，而不是反物質？來自中微子研究的新證據為解答這一難題提供了線索。宇宙一開始既有物質又有反物質，後來就只剩下了物質，這是為什麼？這個問題是物理學中最難解的奧秘之一。
  • 「宇宙紅移」可能是由星系運動引起的,而不是膨脹的空間?
    那麼我們如何區分宇宙紅移和都卜勒紅移？宇宙的超遠視圖顯示星系正以極快的速度遠離我們。在這些距離上，星系看起來更多、更小、進化程度更低，而且與附近的星系相比，它們會以更大的紅移後退。當你看著天空中一個遙遠的物體時，可以通過觀察它的光來了解它。恆星將根據它們的溫度和速度而發光。當我們觀察一個遙遠的星系時，需要數百萬、數十億甚至數萬億顆恆星來組成我們所看到的光。
  • 宇宙中部分伽馬射線可能由暗物質產生
    格魯恩說道，「我們知道它們在宇宙中非常常見，並且它們有質量，可以與其它物質發生引力相互作用。」換句話說，儘管暗物質不可見，但可以通過自身的強大引力對宇宙造成可見影響。其中一種影響叫做「引力透鏡」，簡單來說是指，遙遠星系發出的光線在前往地球途中、會在沿途大型天體的強大引力作用下發生扭曲。
  • 宇宙也有輪迴?探測到宇宙前世的遺蹟?黑洞死亡後的「魂魄」?
    微波背景輻射中探測到這些早已死去的黑洞的「魂魄」，這是是充滿暴力色彩的宇宙誕生過程的放射性殘餘。宇宙微波背景現在的宇宙並非第一個宇宙，在我們之前的年代還存在其它宇宙。包括牛津大學著名數學物理學家羅傑·彭羅斯在內，一些理論學家持這種觀點。
  • 從宇宙大爆炸理論出發,物質應該均衡分布,可宇宙偏偏是張網
    在晴朗的夜晚，天空被密密麻麻的繁星所覆蓋，這些星星有的獨立於世，有的和其它星星組成了一個個星座，不過總體上看來，整個夜空的星星分布是基本均衡的，所以我們理所當然就會認為宇宙也是如此。在宇宙中有著無數的天體，衛星、行星、恆星、中子星和黑洞，它們按照特定的規律組合成一個個恆星系、星系、星系團和超星系團。感覺上，這些物質應該是隨機且均衡的分布於宇宙空間之中，而且從宇宙大爆炸理論出發也應是如此，可偏偏事實並不是這樣。
  • 宇宙中最大的星系,比銀河系要大幾十萬倍,宇宙一直讓我們感慨
    在我們說，什麼IC代表，而不是智慧卡或集成電路，這是指19世紀到20世紀早期出版的《補編天文工具目錄》的索引目錄。銀河系是一個螺旋星系中的棒旋星系。星星，氣體，我們更熟悉，跳躍。現在我們知道這些條件對銀河系的使用是什麼，IC1101，完全滿足。老實說，天文學家現在對這方面了解不多。銀河系是一個典型的中型旋渦星系。在人類所知的最大數量的星系前面，並不是真正意義上的。
  • 如何探測宇宙中的暗物質呢？
    暗物質是宇宙中的神秘物質，幾十年來一直未被發現。暗物質約佔宇宙的27%，而普通物質，比如構成恆星和行星的物質，僅佔宇宙的5%(一種叫做暗能量的神秘存在，佔了剩餘68%）。根據宇宙學家的觀點，宇宙中所有可見物質都只是漂浮在浩瀚的暗物質海洋中——這些粒子儘管看不見但仍具有質量和引力。暗物質的引力將提供防止星系分裂的「膠水」，並解釋物質如何聚集在一起形成宇宙多彩的銀河織錦。
  • 星系及宇宙中的最大的星系IC1101。
    （紫紅色斑點是強烈的X射線輻射區域，是藍色螺旋星系跟粉紅色環橢圓星系相撞時形成的黑洞。）二，IC1101是宇宙中最大的星系。（星系按照不同形狀，可以分為橢圓星系、旋渦星系、不規則星系；宇宙星系中，有95%都是橢圓星系、旋渦星系。）
  • 世界未解之謎(宇宙之謎)：宇宙中究竟有多少個星系
    宇宙中無數的恆星不是均勻分布在宇宙中，而總是聚集成星系——就像是人們總是聚集在城鎮，而且星系之間空曠遼遠。當我們觀察宇宙時，其實是透過銀河系裡的恆星往外看，就像是雨天裡透過雨幕看風景。我們在夜空中看到的單顆星星都是銀河系裡的恆星。銀河系是一個旋轉星系，俯看就像是一個由恆星組成的巨大旋風。太陽和它的八大行星就位於從「旋風」中心伸出的一條旋臂上。
  • 宇宙探測的功臣
    近幾十年來，天文學家和物理學家合作，開發出了更加強大的天文望遠鏡，使得人類人類探測星空的能力提高到一種前所未有的程度。尤其是通過發射並不斷升級哈勃空間望遠鏡，得到了數量巨大、清晰度越來越高的星系圖片，為天文學家研究宇宙發展變化規律做出了重大貢獻。
  • 科學家在虛擬宇宙中探測暗物質
    暗物質團塊中的氣體冷卻並向中心凝聚，就形成了星系。隨著時間的推移，暗物質團塊在自身引力的作用下抵抗了宇宙本身的膨脹，形成了暗物質暈。最大的暗物質暈可以包含大型的星系團（上百個星系），研究這些星系就可以推斷出暗物質暈本身的特性。最小的暗物質暈內部很可能沒有星系和恆星，也就難以研究，至今為止仍然是迷。
  • 宇宙中星系構造形狀背後的秘密
    這些星系會有一個更球形的中心，就像「蛋黃」一樣，周圍環繞著一個由氣體和恆星組成的圓盤 —— 「蛋清」。銀河系和我們最近的鄰居仙女座星系就屬於這一類。，圓盤狀星系最初是由氫氣雲形成的。據美國國家航空航天局（NASA）稱，一個世紀前，埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）就證實了我們之外星系的存在，他稱圓盤狀星係為晚型星系，因為他懷疑它們的形狀意味著它們在宇宙歷史中形成較晚。另外，橢圓星系 —— 埃德溫·哈勃稱之為早期型星系，似乎更古老。天體物理學家表示，橢圓星系中的恆星不像圓盤狀星系那樣旋轉，而是有更多的隨機運動。橢圓星系被認為是星系合併的產物。
  • 發現原始超星系團中,被嵌入兩個新原始星系團,成已知宇宙最大!
    博科園：本文為天文學類利用夏威夷凱克天文臺，天文學家探測到了嵌入原始超星系團中的兩個新原始星系團，研究介紹了這一發現，並提供新發現的基本信息研究論文現發表在《arxiv》上。星系團包含多達數千個靠引力捆綁束縛在一起的星系，它們是已知宇宙中最大的引力束縛結構，可以作為研究星系演化和宇宙學的優秀實驗室。天文學家對尋找星系團的原始團特別感興趣，這些星系團是星系團的前身，這類紅移較高天體可以提供有關宇宙早期階段的重要信息。然而，在高紅移(高於2.0)的情況下探測這些結構非常具有挑戰性，需要進行深入的廣域觀測才能正確識別。
  • 宇宙中最漂亮的的星系是哪個?
    宇宙中的每個星系都是不一樣的，每個星系對於我們來說都非常神秘，畢竟，河外星系離我們很遠，它們「只可遠觀而不可褻玩焉」。每個星系都很漂亮，如果要從中選出一個最美，個人推薦霍格天體。宇宙中的星系可以分為三類：一類是橢圓星系，一類是螺旋星系（我們的銀河系屬於這一類），還有一類是不規則星系。
  • 是什麼決定了宇宙的結構？
    很多物理學家認為，在隨後的短暫時間內，宇宙經歷了一個急速膨脹的階段，這個階段也被叫做暴脹（inflation）。暴脹理論最神奇的一個預言是，宇宙中我們能夠想像出的最大結構的分布，比如所有星系的排列，是由發生在可測量的最小尺度的事件決定的。這個最小尺度就是量子領域。