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解读2011年诺贝尔物理学奖:宇宙如何膨胀?

来源:不详       更新时间:2011-10-8 15:42:28
 
60多年前天文学家所用的方法是一样的——那就是给遥远的恒星定位,并测量它们如何运动。

  那些光亮变化稳定的恒星中有一个关联:光变周期越长,亮度就越大。由于知道了视亮度和真实亮度,就可以计算恒星的距离,因此光变周期成为了计算变星距离的理想手段。也因此,一种被称为“造父变星”的恒星,成为早期宇宙的“标准烛光”。所谓标准烛光,指的是人们可以用造父变星来测量视差法无法测量的特大距离。

  “造父变星”是亮度有显著变化的恒星

  在解释造父变星之前,先来看看什么是变星(variable star),狭义上指的是“亮度有显著起伏变化”的恒星。宇宙中,一些恒星在光学波段的物理条件和光学波段以外的电磁辐射有变化,天文学家将其称为变星,如光谱变星、磁变星、红外变星、X射线新星等。星空中那些亮度随时间而改变的恒星被称为变星。变星分很多种,光学变星和物理变星。光学变星因为双星互绕,当其中一个遮蔽到另外一个时,造成观测上的视觉差异,使得观测者认为恒星亮度改变。物理变星是因为恒星本身内源或者大气状态不稳定,造成亮度改变。它分为脉动变星和爆炸性变星。

  “造父变星”是一类重要的变星的统称

  荷兰人古德里克在研究仙王座恒星时,发现其中的一颗名为“仙王座δ”的亮度会有规律地起伏变化,在中国古代将“仙王座δ”称作“造父一”,因此这颗有规律变换光亮的恒星就被称为“造父一”。而古德里克观察到“造父一”的光度周期(即从最暗变到最亮又回到最暗所需要的时间)是5天9小时,这是一种脉动型变星。此后人们发现了更多这样的变星,于是就将其中最重要的一类命名为“造父变星”,以最著名的变星成员“造父一”而得名。

  结语:宇宙的加速膨胀是一个惊人的重大发现,因此其发现者获得诺贝尔奖也是意料之中的。但是,暗能量的本质仍是一个还未解决的问题。对这一问题的研究,也很可能是未来基础物理学发展的突破口。所以2011年诺贝尔物理学奖的发现,也只是向科学界揭露了一个95%的成分仍然未知的宇宙。

  1996年5月《天文学期刊》收到一份关于揭示暗能量存在的投稿,几十年来,物理学家们一直相信万有引力应该会使宇宙的膨胀速度慢下来。而同年晚些时候发布的关于一项独立工作的研究表明,实际上宇宙在加速膨胀,这股令宇宙膨胀的力量就是暗能量。马里兰州巴尔的摩市太空望远镜科学研究所的理论物理学家马里奥·利维奥(Mario Livio)曾用比喻来形容它:“把我的钥匙抛向空中,地球的引力使这串钥匙向上的速度慢下来并回到我的手中。”但暗能量却使“钥匙突然直冲天花板。”

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