許梅

2000年,天文學期刊廣為報導的觀測宇宙學的兩項重要發現是:對幾十億光年之遠的Ia型超新星的觀測得出宇宙在加速膨脹的結論和Boomerang對微波背景輻射的觀測得出宇宙是平直的結論。這兩項發現使 許多天文學家和宇宙學家相信宇宙內存在著以宇宙學常數λ為標志的E暗能量(DarK Energy)。真的如此嗎?人們自然會關注後續報導,現在向讀者介紹幾則于下。

1.美國Sky&Telescope雜志2000年10月號登載的Fiding Missing Bazyons一文報導了赫爾辛基大學MattRoos等二人宣布他們的研究表明宇宙含有097士0.05的臨界密度,按天文學標準,進一步證實宇宙是平直的。但核物理 學的研究表明宇宙創生大爆炸之際烹調出來的重子物質(質子和中子)只能提供臨界密度的5%,而可見的重子物質和恆星、星雲等等加在一起還不 到臨界密度的l%;即使將維持星系成團的非重子暗物質都計算進來也達不到臨界密度的1/3,其余的2/3一定是其他神秘形式的如宇宙學常數λ所 代表的暗能量了。

2.20世紀90年代COBE衛星雖獲得了彌漫于全天空的微波背景輻射的亮度(從而溫度)微小起伏的圖象,但該衛星的“視力”卻難于分辨天空小于7º大小的視野。一個78萬立方米的大氣球在1998年晚些時候繞南極大陸飄蕩了10.5天,將一台望 遠鏡懸掛在99%的地球大氣之上.這個叫做Boomerang的裝置卻能繪制出微波背景輻射中小到(1/6)°的熱斑和冷斑。另一台叫做Maxima的毫米各 向異性實驗成像陣列(Millimeter Anisotropy experiment Imaigng Arry)探測器,它在1998年8月于美國德克薩斯 州上空飛行了一個夜晚也獲得了與Boomerang相同的圖像。理論推斷,若宇審是平直的,則

微波背景中出現最多的斑塊的大小,從地球上看去,應為1°左右,而Boomerang和Maxima所拍攝的圖像中最多的斑塊 的尺寸正好稍小于1°。加上從斑塊次多(0°.35)、第三多(0°.22)等“峰值”,科學家們計算出宇宙中普通物質約佔臨界密度的5%,暗物質佔30%多一些,其余的一定是來自某個品種的暗能量。

英國New Scientist 2001年5月5日的一期It's a chincher一文報導了芝加哥大學的John Carlstrom和他的同事們用叫做DASI 的探測器仍在地球南極于2000年獲得對微波背景輻射的探測結果為:背景輻射中熱斑和冷斑的溫度比平均溫度之差小于0.000l開,除近乎1°最多 的斑塊外,也觀測到了較多的(1/2) °和(1/3) °的斑塊。所得結論與Boomerang和Maxima的完全一致。

3.英國New Scieutist 2001年4月7日一期登載的What's the big rush?一文報導了美國空間望遠鏡科學研究所 的Adam Riess等二人在分析哈勃空間望遠鏡于1997年拍攝到的一顆Ia型超新星時發現該超新星的紅移值說明它距離地球約110億光年,但亮度卻大體上是在此距 離的Ia型超新星應有亮度的兩倍。這意味著該超新星比在宇宙穩定地膨脹的條件下為近,也就是說,宇宙膨脹的速度過去沒有 現在這麼快,宇宙的邊緣正以越來越快的速度向外擴張。只有暗能量能夠解釋這一現象:當宇宙只有幾十億歲時,眾星系靠得較近,它們之間的引 力吸引足以勝過將它們推開的暗能量,使宇宙膨脹慢下來,這個時期爆發的超新星應比其紅移值所指示的為近;只是在眾星系相距越來越遠時暗能 量超過星系之間的引力使宇宙膨脹加速,故天文學家向往昔探測時將發現宇宙膨脹從較近處加速變成較遠處減慢的景象。

4.英國New Scientist 2001年4月28日一期登載的Is our Galaxy sitting in the middle of nowhere一文報導了日本天體物理學家kenji Tomita 從觀測到距地球65億至10億光年之間在所有方向 上的星系組成的"星系長城"後認為,我們銀河系處在一個星系稀少的本“空洞”中心附近,此處的空間膨脹“異常 ”地快。這樣,做為銀河系 內太陽系中的一名觀測者就會感覺到好像現在的宇宙相對于較老的遙遠的天體在加速膨脹。Kenji Tomita 認為空洞會產生幻覺使人感覺到較近、較年輕的超新星在加速而較老、較遠的超新星在減速。但美國空間望遠鏡科學研究所的天體 物理學家MarioLivo認為觀測表明直到5億光年哈勃常數的變動不會超過百分之幾,而按照kenji Tomita的說法,跨越65億光年哈勃常數變動了約卻20%左右,這一結論不大可信。看來,宇宙中是否存在暗能量仍是一個有待深入探討的問題 。

(責編 李良)