時(shí)間膨脹

1915年，愛因斯坦（AlbertEinstein）提出了一個(gè)新的引力理論，——廣義相對(duì)論。當(dāng)科學(xué)家將廣義相對(duì)論應(yīng)用于整個(gè)宇宙的研究時(shí)，他們最終發(fā)現(xiàn)宇宙正在膨脹。

建立在相對(duì)論基礎(chǔ)上的宇宙學(xué)有一個(gè)基本的預(yù)言，就是由于空間的膨脹，對(duì)遙遠(yuǎn)宇宙的觀測應(yīng)該呈現(xiàn)出時(shí)間的膨脹。換句話說，遙遠(yuǎn)宇宙中的事件似乎比本地宇宙中的事件運(yùn)行得更慢。

現(xiàn)在，在《自然與天文學(xué)》發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，兩位科學(xué)家使用貝葉斯分析評(píng)估了在多個(gè)波段觀測到的190個(gè)類星體的數(shù)據(jù)，最終發(fā)現(xiàn)了時(shí)間膨脹的跡象。

超新星標(biāo)準(zhǔn)鐘

發(fā)現(xiàn)這個(gè)時(shí)間膨脹并不容易，需要一個(gè)可以測量時(shí)間尺度的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘。在過去的研究中，科學(xué)家們使用遙遠(yuǎn)的超新星顯示的光變曲線作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，并清楚地探測到了時(shí)間膨脹。

超新星是一種特殊的爆炸行星每一次超新星爆發(fā)都驚人的相似它們會(huì)在幾周內(nèi)迅速點(diǎn)亮，然后逐漸消失。此前，科學(xué)家通過觀測爆炸年齡約為今天宇宙年齡一半的最遠(yuǎn)超新星，確定其亮度和暗度是現(xiàn)代超新星的一半，這與愛因斯坦 的預(yù)測。

我們知道，當(dāng)我們用眼鏡看遙遠(yuǎn)的星星時(shí)，我們看到了它們的過去。你看得越遠(yuǎn)，你看到的宇宙就越老。同時(shí)，在膨脹的宇宙中，你看得越遠(yuǎn)，時(shí)間和空間就會(huì)延伸得越多，時(shí)間的膨脹就越明顯。

然而，雖然超新星非常明亮，但科學(xué)家無法在更遠(yuǎn)的距離觀察到它們，因此很難探測到更古老的宇宙。因此，我們還需要觀測宇宙中的其他初始恒星。

類星體問題

幸運(yùn)的是，超新星不是宇宙中唯一亮度會(huì)變化的恒星，20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)的類星體也是如此。

類星體是非常明亮的活動(dòng)星系核，其中心有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。當(dāng)黑洞吞噬周圍的物質(zhì)時(shí)，會(huì)釋放出大量的能量，在這個(gè)過程中會(huì)釋放出明亮的光，這樣科學(xué)家就可以從比超新星更遠(yuǎn)的地方觀測到它們。

活動(dòng)星系核是由超大質(zhì)量黑洞驅(qū)動(dòng)的一些星系中心的高能區(qū)域。從不同的角度看，活動(dòng)星系核看起來會(huì)完全不同。

當(dāng)宇宙還處于“嬰兒”在這個(gè)階段，一些類星體已經(jīng)在劇烈燃燒。所以在那些遙遠(yuǎn)的類星體周圍，空間膨脹和時(shí)間膨脹的影響應(yīng)該更明顯。

然而，在過去的搜索中，科學(xué)家并沒有發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)的類星體表現(xiàn)出預(yù)期的宇宙時(shí)間膨脹。在過去，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，無論它們離我們有多遠(yuǎn)，它們的亮度似乎都在以相同的速度變化通過分析科學(xué)家?guī)资陙碛^察到的數(shù)百種恒星。

有人認(rèn)為這說明類星體的亮度變化并不是一種固有特征，而是黑洞引起的微鏡效應(yīng)。有些人甚至認(rèn)為我們之所以沒有 t檢測不到預(yù)期的信號(hào)是因?yàn)槲覀儗?duì)宇宙學(xué)的理解有一個(gè)基本的錯(cuò)誤。

新數(shù)據(jù)，新方法

2023年，一組新的類星體數(shù)據(jù)公布，顯示了Sloan 的數(shù)字調(diào)查。在過去的20年里，許多不同的天文任務(wù)在不同的波段觀察到了這些類星體。整個(gè)數(shù)據(jù)包括在多個(gè)波段觀察到的每個(gè)類星體的幾個(gè)亮度。

利用這些信息，兩位科學(xué)家通過統(tǒng)計(jì)方法描述了每類恒星的可變性。variability），也就是所謂的“阻尼隨機(jī)游動(dòng)”這個(gè)特征為每個(gè)類星體分配了一個(gè)時(shí)間尺度。

就像每顆超新星一樣，每顆恒星都是不同的，觀測到的可變性可能取決于它們的內(nèi)部特征。有了這些新數(shù)據(jù)，研究人員可以匹配相似的類星體，并消除這些差異的影響。正如他們之前對(duì)超新星所做的那樣，他們標(biāo)準(zhǔn)化了類星體的計(jì)時(shí)。

最后，他們的結(jié)果被準(zhǔn)確揭示，類星體完全遵循廣義相對(duì)論的預(yù)測，即古代宇宙運(yùn)行速度比現(xiàn)在慢得多。他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)宇宙的年齡只有1/十點(diǎn)鐘時(shí)鐘，時(shí)間的流逝速度是1/5。

除了反駁過去類星體變率的推論，這些結(jié)果進(jìn)一步顯示愛因斯坦 關(guān)于宇宙膨脹的描述是正確的。

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