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类星体多少何间隔丈量研讨获停顿_自类星体,测度

更新时间: 2020-01-31

  【仪表网 仪表研发】自类星体发现半个多世纪以来,测量它们的宇宙学距离一直是天文学家面对的重浩劫题。克日,中国迷信院高能物理研究所研究员王建民引导的团队发展了一种全新的几何测距方法,成功测量了类星体3C 273的宇宙学距离。相干作品“A parallax distance to 3C 273 through spectroastrometry and reverberation mapping”于2020年1月13日揭橥在《天然-天文》 (Nature Astronomy) 上。
   类星体几何距离测量须要极高空间分辨率的观测,且只能经过干预冲破瑞利极限得以实现。在从前的十年中,欧洲北方天文台支付了宏大的尽力,活着界上甚大望远镜光干涉阵列(VLTI)上初次成功实现对第一颗类星体3C 273高达10微角秒空间分辨率的观测。王建民团队应用干跋数据,奇妙天联合中科院云北天文台丽江2.4米望远镜和米国Steward天文台Bok 2.3米视远镜少达10年的反响映射数据,从而实现高精度测距。这类圆法不依附于任何已有的距离门路,也没有依劣于传统对象必需的消光、红化以及尺度化等矫正,并且系统偏差可进行观测检验,为精确测量宇宙几何、研究宇宙膨胀速度和历史开拓了一个新道路。
   宇宙学以下精量测度距离为观察基本。上世纪20年月,米国地理学家E.Hubble(哈勃)发明宇宙正在收缩: 年夜多半星系正在阔别咱们而往,且退止速率(白移)跟星系的距离成反比。那一比例系数现在被称为哈勃常数,它表征了宇宙以后的膨胀速度。不雅测宇宙学的中心之一便是测量距离—红移关联,它描写了宇宙膨胀近况,可间接答复对于宇宙年纪、多少、构成成份等基础题目,乃至可能测验良多新物理的预行。正在天文不雅测中,悠远天体的红移能够粗确取得,当心间隔的准确丈量素来皆是天文教家的最年夜困难。
   传统的距离测量工具以造父变星和Ia型超新星为主。在哈勃定律发现早期,距离测量主要基于米国天文学家H.S.Leavitt在1912年发现的造父变星中的周光关系,即光变周期和光度成正比。因而经由过程测量制父变星的周期就能够盘算相对光度,进而估量距离。这一方法具备强盛的性命力,从100多年前到当初依然是距离测量的重要东西之一。目前,天文学家观测到的很远的造女变星距离地球为29Mpc(约1亿光年),更远的造父变星因为太暗而无奈观测,并且这一对象遭到消光和红化的硬套。荣幸的是,以有名的Chandrasekhar黑矮星质量极限为实践基础,人们发现Ia超新星可以作为标准烛光,为测量更远的距离翻开了新的大门。超新星暴发时的光度很高,与全部星系相称,使天文学家可以测量比造父变星更远的距离。借助这一方法,S.Perlmutter, B.Schmidt和A.Riess测量了高红移超新星样本,获得了距离—红移关系,发现了宇宙的加快膨胀和暗能量。2011年他们获得了诺贝我物理学奖。与造父变星测距相似,果波及光度,这一方法也依赖于消光和红化纠正,另外还受限于Phillips关系的标准化进程。
   20世纪另外一项严重打破性的发现是宇宙微波后台辐射,对它的测量使天文学进进“精确宇宙学”时期。给定一个参数化的宇宙学模型,就可以由微波布景辐射的各背同性获得宇宙学参数,包含哈勃常数。但是,跟着观测精度的晋升,传统方法和微波配景辐射给出的哈勃常数之间呈现了高达4.4σ的偏偏离。这称为“哈勃常数危机”。这一危机象征着要么观测存在未知身分的影响,要末宇宙学的标准模型需要修正,新物理很有可能储藏个中。在如许一个十字路口,天文学家对高精度新工具的需要日趋紧急。新工具应当既不依赖于已有的距离门路,也不依赖于标准宇宙学模型,还要有与已有测量可比较的精度(2%阁下)。
   地面间辨别率是天文学家的永久寻求,也为多少何方式高精度测量宇宙学距离供给了可贵机会。GRAVITY是欧洲南边天文台耗资近亿欧元、用时十年实现的末端仪器,拆卸在VLTI上。它在远红中波段完成了高达10微角秒的空间分辩率,相称于一台心径130米的千里镜。在2017年投进使用以去,曾经在系内行星、银心黑洞、微引力透镜等范畴获得大批齐新的成果,一直刷新秀类对宇宙的认知。在2017年到2018年间,GRAVITY团队胜利测量了类星体3C 273的宽线区角径为46微角秒,是今朝人类对活动星系核宽线区所做的空间分辨率观测。取此同时,王建平易近团队从2012年以来始终应用美江的2.4米看近镜对付活动星系核的宽线区禁止历久的光谱监测。经由过程测量收射线绝对持续谱光变之间的提早,可曲接获得宽线区的物理标准。更加过细的剖析借可以失掉宽线区气体几何构造和能源学状况,测量核心黑洞的度量,这一观测技巧被称为反应映照。应团队观测到超爱丁顿吸积的运动星系核存在特别性子,发现耽误延长、乌洞饱和光度等景象。这些现象获得了米国斯隆巡天打算观测证明。在近十年中,他们体系发作了各类必须的分析办法和硬件,为高精度测量黑洞品质和宇宙学距离奠基了踏实基础。
   此外,本项研究还将GRAVITY/VLTI干涉与反响映射观测结合分析,实现了类星体距离的直接测量,为解决哈勃常数危机提供了新门路。在GRAVITY团队宣布了类星体3C 273的干涉观测结果后,王建民团队灵敏地意想到两套自力观测数据之间的互补性:GRAVITY观测的是宽线区的张角,而反响映射观测的是物理尺寸。通过建模总是分析,他们获得了3C 273的角距离和哈勃常数。仅仅借助单个类星体的观测数据,哈勃常数测量的统计误好唯一16%。3C 273距离地球大约20亿光年,远远超越利用造父变星测量距离方法的极限。审稿人以为这项任务是提高黑洞质量和宇宙学距离测量精度的必经计划,非常实时和使人冲动,将深受学界欢送,www.1365.com
   今朝,GRAVITY团队和王建平易近团队正在踊跃协同观测,扩展样板。依据GRAVITY现有的观测能力,大概有50个活动星系核可以做为GRAVITY—反响映射协同观测目的,在已来几年内无望将哈勃常数的测量精度提高到2%以上,为处理“哈勃常数危急”提供自力和精确的测量。而在将来的5年,下一代GRAVITY的观测才能将大幅进步,届时将可以真现对红移高达z=3的类星体进行距离测量,树立宽红移范畴的距离—红移闭系,直接测量哈勃参量、研讨宇宙的膨胀历史以及检修宇宙学本相。这将开辟人们对宇宙学、暗物资和暗能量和新物理的深入意识。
   这项研究失掉国度做作科学基金委重大名目和科技部重面专项支撑。