史上最完整3D宇宙地圖!4分鐘帶你從地球穿越到宇宙邊界,解密138億年漫長歷史

2020-07-22 19:10

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全球100多位天文學家共同參與的「史隆數位巡天」計畫,經歷數十年收集數據與觀測,構建了有史以來最大規模的3D宇宙地圖,解密138億年漫長的宇宙歷史究竟發生過什麼事。這堪稱是近年宇宙學最重大的進展,科學家19日一併公開了宇宙地圖,以及與其相關的23篇學術論文,當中顯示逾400萬個星系與明亮類星體的詳細測量結果,包含規模與發出訊號。

加拿大安大略滑鐵盧大學(University of Waterloo)學者柏希瓦爾(Will Percival)表示:「這些研究使我們能夠將所有測量結果聯繫起來,形成宇宙膨脹的完整故事。」

導致宇宙不斷膨脹的暗能量

美國政府支持的史隆數位巡天計劃(Sloan Digital Sky Survey,SDSS)於20多年前啟動,全球三十多個天文機構的100多位天文學家都有參與。3D宇宙地圖屬於該計畫的子項目「eBOSS」(Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey,延展重子震盪光譜調查),eBOSS結合了SDSS先前的成果,找到更多隱藏在黑暗宇宙裡的類星體和暗星系,充實科學家對宇宙演化的理解。

宇宙迄今一直不斷擴張,過去科學家一直無法確定其膨脹的速度,而這份最新公開的3D地圖其中一項突破即是,解釋了宇宙在每個時間段的膨脹程度。參與該計畫的俄亥俄州立大學天體物理學家羅斯(Ashley Ross)指出:「我們想知道導致宇宙膨脹的神秘事物──暗能量──是如何隨時間拓展的。」

天體物理學家20日公布歷來最大型的宇宙3D圖,圖上光譜顏色代表不同時間宇宙膨脹的程度。(圖取自Sloan Digital Sky Survey網頁sdss.org/science)
天體物理學家19日公布歷來最大型的宇宙3D圖,圖上光譜顏色代表不同時間宇宙膨脹的程度。(圖取自Sloan Digital Sky Survey網頁sdss.org/science)

宇宙急速膨脹也是科學家的未解之謎,想像一道煙火在天空中綻放,煙花一下子迅速爆開後,散開速度理應會減緩。而這份地圖卻發現,宇宙大爆炸之後,往外擴散速度逐漸變慢的宇宙物質,在60億年前又開始急速膨脹。此外地圖還揭示了宇宙形成初期的組成物質,該物質是「從宇宙只有30萬年歷史時就存在的,也是形成宇宙結構的基礎」,還有宇宙大框架「纖維狀結構」之間的空洞(Void)。

研究小組指出,暗能量是宇宙中一種看不見的神祕成分,它導致宇宙大約在60億年前開始加速膨脹,自那時起,宇宙就擴展得「越來越快」。聲明表示,關於暗能量究竟是什麼,仍有許多懸而未決的問題,這些難題將留給未來的研究項目和研究人員,因為目前關於暗能量的假設與科學家對粒子物理學的理解相違背。

大霹靂(Big Bang)與宇宙演化(Wikipedia / Public Domain)
大霹靂(Big Bang)與宇宙演化(Wikipedia / Public Domain)

填補110億年的空白

科學家估計宇宙大約有138億年歷史,而該地圖解密了宇宙大爆炸約30億年後到近代的擴展歷史,科學家先前未能深入探索,這110億年間(約占宇宙史80%)宇宙是如何膨脹的。

美國猶他大學(University of Utah)宇宙學家道森(Kyle Dawson)19日領導SDSS團隊公開這張3D地圖,他在一份聲明中表示,這份地圖填補了過去未知的空白。他說:「我們都非常了解宇宙古代歷史及其最近的擴張歷史,但關於其中110億年的時間發生了什麼事,仍存在難解的鴻溝。5年來,我們一直在努力填補這個空白,利用這些信息來產出宇宙學過去10年來最重要的進展。」

研究人員在聲明中說,SDSS「完成繪製宇宙地圖的任務距離完成還有很遠」,「SDSS團隊正忙於構建硬體設備以啟動下個新階段(繪製星體和黑洞的地圖),並期待著未來20年的新發現。」

太空人。宇宙。(NASA)
太空人與宇宙。(NASA)

 

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