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紅外天文臺測量宇宙膨脹

卡內基科學研究所天文臺(Observatories of the Carnegie Institution for Science)天文學家Wendy Freedman等人對外公告:他們利用史匹哲太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)觀測資料,獲得迄今最精確的哈柏常數(Hubble constant),也就是宇宙膨脹的速率,為每秒、每百萬秒差距74.3公里(寫為74.3km/sec/Mpc)。

哈柏常數首度由著名天文學家愛德溫‧哈柏(Edwin P. Hubble)於1920年代在確認宇宙自137億年前大霹靂後便向外膨脹後提出的。1990年代後期,天文學家發現宇宙膨脹速度隨著時間增加。確認膨脹速率,是瞭解宇宙年齡和大小的關鍵要素。

史匹哲測量了我們銀河系中10個造父變星,還有鄰近的大麥哲倫星系(arge Magellanic Cloud,LMC)中的80顆造父變星的視亮度,並由此計算它們的距離。與哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescop)是用可見光和短波紅外光(或稱近紅外光)觀察宇宙不同,史匹哲太空望遠鏡是以長波紅外光(遠紅外光)進行測量,最後得出哈柏常數為每 秒、每百萬秒差距74.3公里。其中,1百萬秒差距(megaparse,Mpc)約相當於300萬光年。這個測量結果,與去年利用超新星研究所得哈柏常 數相符,且至少比2001年利用哈柏太空望遠鏡資料、以和這次類似的分析方式所得的結果還好1/3~1/2以上。

此外,這些哈柏常數的測量,結合先前利用威金森微波各向異性探測器(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe,WMAP)公布的資料,可以獨立測量暗能量這種宇宙最神秘的組成之一。一般認為暗能量可抵抗重力,促使宇宙向外膨脹。基於這項研究而獲得宇宙 加速膨脹結論的研究學者們,甚至獲得2011年諾貝爾物理獎的榮耀。這是個龐大的謎團。利用史匹哲太空望遠鏡,可以測量精確的現階段宇宙膨脹速率,也可以 從另一個角度來測量宇宙中的暗能量含量。

由於史匹哲可以用遠紅外波段進行觀測,避開塵埃的阻擋,因此可以更精確的監測造父變星(cepheid)的動態,並由此測量哈柏常數。造父變星是所謂 的脈動變星(pulsating star),因體積漲縮而使亮度改變,且距離愈遠者、造父變星的本質亮度愈亮、變光週期愈長。1908年,Henrietta Leavitt發現造父變星這種特性,讓造父變星成為天文學家的量天尺之一,使天文學家可以直接測量這些天體的距離。一旦知道這些天體的距離,便可計算它 們遠離我們的速度,宇宙膨脹速率因此而被揭露。

史匹哲太空望遠鏡所做的貢獻已超過原本預計要做的還多很多,不但有能力可以研究系外行星大氣層,現在,在史匹哲任務的最後一年,它甚至跨足成為研究與 宇宙論的利器。雖然看起來史匹哲的哈柏常數資料只比哈柏好了1/3~1/2,所提升的精確度只有一點點,但無可否認地,就一個原本不是做此用途的太空望遠 鏡而言,它所達成的成就確實非凡。

資料來源:NASA’s Infrared Observatory Measures Expansion of Universe. NASA JPL [October 03, 2012]

轉載自 網路天文館

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