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藉重力透鏡星系測量「哈伯常數」,宇宙膨脹比目前預期快!

活躍星系核_96
・2017/02/09 ・2110字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 587 ・九年級
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  • 位於影像正中央的 HE0435-1223,是目前已取得最佳重力透鏡類星體的其中一個,在前景星系周圍產生了來自遙遠類星體的 4 個影像。圖/擷取自哈伯望遠鏡影片

國際天文團隊以獨立的方法,使用星系為透鏡,用哈伯太空望遠鏡測量了宇宙膨脹速度,得到和此前測量鄰近宇宙膨脹速率一致的結果。然而耐人尋味的是,這些結果卻和測量早期宇宙膨脹速率的結果不一致。暗示我們對宇宙的了解,在關鍵核心上可能有根本問題。

哈伯常數,即宇宙膨脹率,是描述我們宇宙的幾個基本量之一。中央研究院天文及天文物理研究所訪問學者蘇游瑄,前中研院天文所助研究員,目前任職於德國馬克斯普朗克天文物理研究中心及德國慕尼黑科技大學,率領「H0LiCOW」團隊(註 1),以包括哈伯太空望遠鏡在內的天文台(註 2)觀察 5 個星系,目標是以獨立的方法測量哈伯常數。(註 3)

新的測量方法完全獨立於其他測量鄰近宇宙哈伯常數之方法,結果卻也與它們完全一致;其他測量方法採用造父變星超新星為基準。

不過,蘇游瑄團隊的結果以及以造父變星/超新星測量的數值,兩者卻都不同於普朗克衛星計劃的測量值,其中一項重要差異是:普朗克用觀測宇宙微波背景輻射的方法,測量的是早期宇宙的哈伯常數。

用普朗克測量數值給出的哈伯常數,雖相符於我們目前對宇宙的認知,一些天文學者在鄰近宇宙測量出來的數值,卻和這目前獲大家接受的宇宙理論模型歧異。對此,蘇游瑄進一步說明,「宇宙膨脹率現在已經開始透過不同方式在精確地測量,這些歧異有可能帶出新的物理,超乎我們現有宇宙知識。」

這項研究的主題是地球和遙遠類星體之間的大質量星系。類星體是超級明亮的星系核,從遠端類星體所發出的光,在途經大質量星系時受強重力透鏡作用(註 4)會在大質量星系四周遭到彎曲變形。這使得位在背景的類星體,會有好幾個分身影像產生,有些會瀰散拉長變形成弧狀。

因為星系重力造成的變形並不呈完美球對稱,而且透鏡星系和類星體也不總是剛好地對齊,從後方類星體產生出來的幾個分身影像所走的光路長短,也略有不同,加上類星體的光度還會隨著時間而起伏變化,所以,天文學家能看到這些影像於不同時間點閃爍的情形,閃爍間延遲多久,則取決於光路徑的長短。這樣的時間延遲,和哈伯常數直接相關。該研究計畫的另一位共同主持人,瑞士 EPFL 的研究員 Frédéric Courbin 說明,「我們這種方法是最簡單而直接的哈伯常數測量,因為只用到幾何和廣義相對論,不需要其他假設。」

透過精確測量不同影像的閃爍時間差,加上電腦模型,該團隊取得了非常準確的哈伯常數,精準到誤差度竟只有 3.8% (註 5)。EPFL 的 Vivien Bonvin 認為「精準測量哈伯常數,是當今宇宙學奪獎呼聲最高的幾個項目之一。」蘇游瑄補充:「哈伯常數對現代天文學至關重要,因為它能協助我們去證實或反駁『宇宙是由暗能量、暗物質和普通物質組成』──這樣的宇宙認知,到底是否正確,或者是我們還少了某些關鍵。」

(本文為中研院天文所新聞稿)

註解:

  1. H0LiCOW 全名是 H0 Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspring,此計畫部分研究成果係於蘇游瑄任職中央研究院天文及天文物理研究所時期內完成。
  2. 該研究使用到的望遠鏡包括有:哈伯太空望遠鏡(NASA/ESA)、凱克望遠鏡甚大望遠鏡 (ESO)Subaru 望遠鏡Gemini 望遠鏡、臺灣團隊參與儀器研發的「加法夏望遠鏡」Canada-France-Hawaii telescope)、 NASA 的史匹哲太空望遠鏡。研究還使用到 Swiss 1.2-metre Leonhard Euler TelescopeMPG/ESO 2.2-metre telescope 等望遠鏡所提供資料。
  3. 此研究團隊使用「重力透鏡時間差」這種哈伯常數測量方法所得到的哈伯常數值具有其特殊重要地位,因為這種方法幾乎獨立於宇宙三種組成成分以外:普通物質、暗物質、暗能量。
  4. 重力透鏡效應,於大約 1 百年前,由愛因斯坦預測。宇宙中所有物質都會彎曲其周圍的空間,質量較大的效果更加明顯。在行經質量非常龐大的物體譬如星系的附近時,光會遵循扭曲的空間,讓原來的行進路線出現程度清晰可辨的彎曲,這就叫做強重力透鏡效應。
  5. H0LiCOW 團隊得到的哈伯常數值是 71.9±2.7 公里/秒/百萬秒差距,即「每增加百萬秒差距的距離,膨脹秒速增加 71.9 公里誤差 2.7 公里」。另一科學團隊於 2016 年以哈伯太空望遠鏡測得之值是 73.24 ± 1.74 公里/秒/百萬秒差距。歐洲太空總署普朗克衛星於 2015 年測量的哈伯常數是 66.93 ± 0.62 公里/秒/百萬秒差距,仍是目前最精確的哈伯常數值。

補充資料

哈伯太空望遠鏡是一項歐洲太空總署和美國航太總署的國際合作。與此研究相關系列論文將由《英國皇家天文學會月報》出版,各篇名資料如下:

  • “H0LiCOW I. H0 Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspring: Program Overview”, by Suyu et al.,
  • “H0LiCOW II. Spectroscopic survey and galaxy-group identification of the strong gravitational lens system HE 0435−1223”, by Sluse et al.,
  • “H0LiCOW III. Quantifying the effect of mass along the line of sight to the gravitational lens HE 0435−1223 through weighted galaxy counts”, by Rusu et al.,
  • “H0LiCOW IV. Lens mass model of HE 0435−1223 and blind measurement of its time-delay distance for cosmology”, by Wong et al.,
  • “H0LiCOW V. New COSMOGRAIL time delays of HE 0435−1223: H0 to 3.8% precision from strong lensing in a flat ΛCDM model”, by Bonvin et al.
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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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鑑識故事系列:縮水頭顱是美洲原民或樹懶?
胡中行_96
・2023/09/28 ・1933字 ・閱讀時間約 4 分鐘

住在祕魯北部和厄瓜多東部的 Jivaro 原住民,傳統上會製作一種叫作 tsantsa 的人頭標本。位於波蘭華沙的國家民族誌博物館(State Ethnographic Museum),收藏了 3 顆;該國克拉科夫的亞捷隆大學(Jagiellonian University)醫學院法醫系博物館,也有 1 顆。然而,沒有人知道它們確切的來源。[1]

20 世紀初的 Jivaro 原住民。圖/U.S. Bureau of American Ethnology on Wikimedia Commons(Public Domain)

Tsantsa 的功能

Jivaro 原住民有 4 個語言雷同的分支:Shuar、Achuar、Aguaruna 與 Huambisa。他們的血緣和風俗相近,都會獵人頭,並加以處理保存。除了助長作物豐收,Jivaro 原住民原本製作 tsantsa 的主要目的,是將敵人的靈魂困在頭顱裡,以免他們報復自己,或是投胎轉世後傷害家人。不過,到了 19 世紀下半葉,外來的經濟誘因開始出現:Jivaro 原住民把 tsantsa 當作貨幣,跟白人收藏家以物易物。因而升高的獵殺率,甚至造成部落間關係緊張。[1]

Tsantsa 的製作

敵方的男女、兒童,都可能成為 tsantsa 的材料。通常在獵完人頭,返家途中暫住的營區,進行以下製作步驟:[1]

  1. 沿鎖骨劃 V 字,將頭取下。[1]
  2. 把頭浸入河水,以分離被肌肉與肌腱連結在顱骨上的皮膚。[1]
  3. 用刀剝下連帶頭髮的皮膚,並丟棄顱骨和眼珠。[1, 2]
  4. 以滾水煮髮膚,30 分鐘至 2 小時不等。重複 3 次後,掛在矛上晾乾。[1]
  5. 縫起嘴和眼瞼,並用棉花塞鼻孔。[1]
  6. 在皮囊中填入沙和卵石。[1]
  7. 火燻皮膚,使之變黑又硬化;或者用炭灰抹皮膚,再拿加熱過的刀燙乾嘴唇。[1]

整個程序為期 2 至 3 天。烹煮約使皮囊縮成 3 分之 1;而所有步驟都完成後,則僅剩原本人頭的 4 分之 1,也就是拳頭般大。反之,頭髮的長度不受影響,所以搭起來就是長髮蓋小頭的模樣。[1]

贗品猖獗

歐洲市場帶來的商業利益,造成其他人跟風仿製,材料不僅來自不同人種的死屍,也常使用樹懶或猴子的頭。同時,Jivaro 族的美洲原住民,本來就會製作樹懶 tsantsa,補償成功殺敵卻沒獵到人頭的勇士,或是當作男童的成年賀禮。因此,目前推估各家博物館和私人蒐藏的 tsantsa,八成均為贗品,不是真的美洲原住民人頭。1990 年代,已經有科學家以製作工法辨識真偽,揪出許多假貨,然而可靠的程度還是不如基因檢測。[1]

辨識真偽

編號 1 至 3 號的 tsantsa,外型傳統,屬於波蘭國家民族誌博物館。其中 2 號源於秘魯,1 和 3 則來自厄瓜多,分別於 1934 和 1950 年購入。而亞捷隆大學的法醫系,在 19 世紀 70、80 年代,曾經嘗試仿效,所以頭髮經過修剪的 4 號,說不定是他們自製的成品。[1]儘管事隔多時,就算查出背景資料有誤,大概也不會去追究有無商業詐欺或盜屍刑責,亞捷隆大學法醫系的團隊還是認真地調查真相。

波蘭國家民族誌博物館的 1 至 3 號;亞捷隆大學的 4 號 tsantsa。圖/參考資料 1,Figure 1(CC BY 4.0)

他們用 99.8 % 的乙醇,擦拭 4 顆標本的皮膚外層數次。拿無菌的拋棄式解剖刀片平切,再從脖子內部割下 0.5 平方公分大,0.1 公分厚的樣本,鑑定基因。另外,又用鑷子拔了些頭髮,放在光學顯微鏡下觀察,所得結果如下:[1]

由左至右,為 1 到 4 號放大 40 倍的頭髮樣本。圖/參考資料 1,Figure 2(CC BY 4.0)

這些頭髮的髮根也許不好拔,或者在當初的製作過程中,早已被高溫破壞,所以在顯微鏡下怎麼也看不到。不過中央的髓質佔髮幹不到 1/3 的寬度,又斷斷續續,組織結構與人類頭髮吻合。皮膚樣本的染色體,也證實 4 顆 tsantsa 都屬於人類。[1]齒釉蛋白基因(amelogenin gene)在 X 與 Y 染色體上的差異,則可知 2 號為女性,其餘皆是男性。[1, 3]1 和 3 號為南美洲厄瓜多的原住民,而且有一樣的 Y 染色體 DNA 單倍型類群 Q1a2-M3,意味著能追溯至共同的男性祖先。相較之下,2 號缺乏明確結論。至於 4 號,也就是據說為仿製成品的那顆,屬於具有 Y 染色體 DNA 單倍型類群 I2 的東南歐洲血統,與美洲原住民無關。[1]

2017 年,波蘭亞捷隆大學的團隊在《國際法醫期刊》(International Journal of Legal Medicine),分享上述研究成果。他們建議辨別 tsantsa 的真偽時,不要只是分析製作方式,最好與基因檢測並用。畢竟傳統的製作技術有多種版本,而贗品也可能模仿得維妙維肖。[1]

  

參考資料

  1. Piniewska D, Sanak M, Wojtas M, et al. (2017) ‘The genetic evidence for human origin of Jivaroan shrunken heads in collections from the Polish museums’. International Journal of Legal Medicine, 131, 643–650.
  2. Shrunken heads’. Pitt Rivers Museum, University of Oxford, U.K. (Accessed on 22 SEP 2023)
  3. Dash HR, Rawat N, Das S. (2020) ‘Alternatives to amelogenin markers for sex determination in humans and their forensic relevance’. Molecular Biology Reports, 47, 2347–2360.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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【成語科學】涇渭分明:古時的涇水、渭水分明現在還看得到嗎?誰濁誰清呢?
張之傑_96
・2023/09/27 ・1050字 ・閱讀時間約 2 分鐘

涇渭分明,是個很常用的成語,比喻界限清楚,或是非分明。讓我們先造兩個句看看。

這兩個政黨的主張,可謂涇渭分明,毫無妥協餘地。

他對是非善惡一向涇渭分明,沒人能影響他的看法。

接下來要說明這個成語的出處。《詩經.邶風》有句話:「涇以渭濁,湜湜其沚。」涇、渭是河川的名字。「涇以渭濁」,是說涇河因渭河而渾濁了。「湜湜其沚」,是說形容涇河的清澈。

當清澈的涇河,流入渾濁的渭河,起初清濁分明,形成了一道明顯的界限。這個自然現象,衍生出「涇渭分明」和「涇清渭濁」兩個成語。後者用來比喻人品高下或事物好壞顯而易見,限於篇幅,就不造句了。

涇河、渭河流域。圖/Wikimedia

那麼為什麼會涇清渭濁,或涇渭分明?在農業沒興起前,大地覆蓋著樹木或草原,河濱草木蔥蘢,這兩條河肯定都很清澈的。到了《詩經》時代,渭河流域已經開發,水土日漸流失,哪還能清澈?這時涇河流域的自然環境還沒破壞,所以河水仍是清澈的。

然而,後來涇河流域也開發了,水也變渾了,甚至比渭河還要渾濁。這是因為涇河全程流經黃土高原,水土流失較渭河流域嚴重。唐代詩人杜甫在〈秋雨嘆〉詩中說:「濁涇清渭何當分」,可見當時涇河已經濯於渭河。

涇渭分明。圖/飛哥聊科學

那麼現在呢?由於渭河流域上游環境破壞,加上流失的土壤含有鐵質的關係,渭河的水色變得赤黃。因此涇渭分明仍然存在,但已成為水色一深一淺,而非一清一濁。

從涇河和渭河的水質變化可以看出,水土保持和河川的關係。以我們台灣來說,在清代時,許多河川都可以行船。以章老師居家附近的景美溪來說,清代時船隻可以沿著景美溪一直上溯到石碇。

然而由於集水區植被破壞,河川的水量減少,現今已沒有一條河川可以行船。西部地區除了河川水量變少,大多還遭到污染。當山洪爆發,滾滾泥沙傾瀉而下,往往造成土石流災害。

那麼就沒辦法整治嗎?當然有。只要河川上游限制開發,沖進河裡的泥沙就會減少;下游不再導入污水,水質就會改善。以景美溪來說,如今河水已不再惡臭,除了耐污染的吳郭魚,還有鯉魚、塘蝨等生息呢!不過要恢復到清代那樣,河水豐沛得可以行船,恐怕已不可能了。

張之傑_96
97 篇文章 ・ 221 位粉絲
張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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如果在虛擬實境裡尋找伴侶,真的可以建立舒服的戀愛關係嗎?——《元宇宙超圖解》
azothbooks_96
・2023/09/27 ・983字 ・閱讀時間約 2 分鐘

在元宇宙的世界裡,比較容易和價值觀相近的對象,談一場少摩擦的戀愛。

所謂的「談戀愛」,其實就是彼此價值觀的碰撞。

在價值觀日趨多元、細分的現代社會,實體世界裡的戀愛,情侶之間免不了會發生一些摩擦。

所謂的「談戀愛」,其實就是彼此價值觀的碰撞。圖/pexels

越來越多人在實體社會的戀愛關係中感受不到舒適,大眾認為「談戀愛風險很高」的傾向,更是一年比一年更鮮明。

可見「談戀愛」的魅力,正逐步下降。不論是在元宇宙內或外,都有一套很現代的方法可以解決這個問題,那就是配對服務。

迴避戀愛和元宇宙

當我們對戀愛的價值觀細分化之後,在生活周遭便很難找到滿足條件的人選;但只要像在社群網站上找興趣相近的同好那樣,從一個規模龐大的母群體當中找出伴侶的話,發生摩擦的狀況,會比不假思索就交往的對象減少許多。

若想找更根本的解決之道,那麼元宇宙上還有一個獨門絕招,就是乾脆把伴侶化為虛擬實境的一部分——因為情侶在元宇宙上會隔著虛擬替身,建立起隔一道防火牆的溝通方式。

有些人會覺得「虛擬替身碰不到、摸不著」,不過,時下認為談戀愛不見得一定要有實體互動或性接觸的人已越來越多,或有些原本潛伏噤聲的族群浮上檯面。

想必今後會有越來越多人願意相信這不是逃避實體戀愛,而是元宇宙上的愛情,比實體更美好。圖/azothbooks

要是這些虛擬替身由 AI 操控的話,還能與另一半建立更舒適的戀愛關係——如果對象是 AI,不論是再怎麼極端的戀愛觀,或是任何性傾向,它應該都會接受吧!

想必今後會有越來越多人願意相信這不是逃避實體戀愛,而是元宇宙上的愛情,比實體更美好。

——本文摘自《元宇宙超圖解:從刀劍神域到寶可夢,一小時讀懂78個概念,掌握本世紀最大商機》,2023 年 9 月,漫遊者文化出版,未經同意請勿轉載。

azothbooks_96
53 篇文章 ・ 21 位粉絲
漫遊也許有原因,卻沒有目的。 漫遊者的原因就是自由。文學、人文、藝術、商業、學習、生活雜學,以及問題解決的實用學,這些都是「漫遊者」的範疇,「漫遊者」希望在其中找到未來的閱讀形式,尋找新的面貌,為出版文化找尋新風景。