诺贝尔物理学奖:"揭开宇宙扩张面纱"的人(图)

2011年10月13日 13:19   来源:青年参考   
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超新星遗迹Cas A

波尔马特获奖后接受亲友祝贺

  北京时间10月4日下午5点45分,瑞典皇家科学院宣布了2011年诺贝尔物理学奖评选结果,3位美国科学家萨尔 波尔马特、布莱恩 施密特(美国/澳大利亚)以及亚当 里斯因为对超新星与宇宙膨胀的研究而获奖。

  瑞典皇家科学院称,他们的研究“帮助我们揭开了宇宙扩张的面纱”。

  寻找“烛光”之路磕磕绊绊

  从爱因斯坦提出宇宙常数开始,宇宙膨胀问题就成了天文界、物理学界关注的热点。根据广义相对论,宇宙应该会减速膨胀。早期研究表明宇宙大致是均匀膨胀的,但计算无法说明膨胀的具体情况——是完全均匀膨胀,还是略加速或略减速?广义相对论的推论无法得到证实。

  要进一步分析宇宙膨胀进程,就要观测更遥远、更稳定的星体。超新星是一种上佳选择。某些恒星在演化接近末期时经历剧烈爆炸,爆发时间很短,但特别明亮,因此可以观测到非常远的超新星。Ia型超新星由于光度恒定,在天文学界被称为“标准烛光”,用观测到的亮度来确定它们的距离,就能了解宇宙的膨胀情况。

  上世纪80年代中期,美国劳伦斯伯克利实验室的一组物理学家对搜寻超新星产生了兴趣。这一小组发展了一套在图像中自动搜索超新星候选者的软件,但他们迎来的是接连的失败。后来,年轻后生萨尔 波尔马特接掌了超新星项目,使情况有了转机。

  早期超新星研究的第一个难题,是获得望远镜观测时间。大型望远镜是稀缺资源,研究者很难“霸占”它以获得足够数据。波尔马特想出了“批处理”的方法:每隔一个月就用观测条件最好的无月夜拍摄大片星空,与以往的观测进行比较,找出超新星候选者。

  超新星的光变周期是几个月,使得这一方法非常有效。波尔马特领导的研究小组“超新星宇宙学计划”开始发现大量超新星。

  一看到成功的希望,各路天文学家都开始准备参加竞争。哈佛大学的High-z小组(布莱恩 施密特与当时还是研究生的亚当 里斯均在内)也瞄准了超新星。结果,波尔马特小组花费几年才研制出的自动化超新星搜寻软件,施密特只用一个月就自制成功了。

  超新星找到了,但Ia型超新星是否真是“标准烛光”呢?遗憾的是,并非完全如此。人们渐渐发现Ia型彼此并不完全相同,有些超新星光度的变化速度更快一些,有些则更慢。此外,对于实际观测的超新星,还需要考虑好几个问题:星际空间存在会吸收光子的尘埃,使超新星变暗,还会更多吸收蓝光而导致目标变红。而每颗超新星本身的颜色也不完全相同。哪怕本身光谱完全相同的超新星,当它位于不同红移(处在引力场中的辐射源发射出的光,在观测时谱线会向长波方向移动的现象)时,用给定波长的滤光片组进行观测时,得到的颜色也不一样。

  这几个效应虽然复杂,好在有规律可循。里斯发现,利用多个滤光片拍摄的光变曲线数据经过改正后,Ia型超新星还是可以作为近似的“标准烛光”的。

(责任编辑:刘蕾)

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