當前位置:首頁>科技>宇宙學時間膨脹的證據:高紅移類星體的探測
發布時間:2025-10-24閱讀(3)
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相對論性空間膨脹導致了宇宙學時間膨脹,這是相對論宇宙學模型中一個基本且重要的結果。根據這一結果,當我們觀測遙遠天體時,我們看到的事件會比本地天體發生得更慢。例如,在紅移為1.5處觀測到一個持續10秒鐘的事件,在本地看來會持續15秒鐘。
這種效應已經在觀測到的超新星光變曲線中得到了清晰而直接地證實 ,但是在其他類型的天體中,這種效應的證據卻不那么明顯。例如,盡管伽瑪射線暴的光變曲線顯示了與預期一致的宇宙學特征,但由于發射機制和光變曲線特征的不確定性,這一證據并不是決定性的 。類似地,最近發現的快速射電暴作為“標準時鐘”的作用也受到了物理過程的限制 。 類星體是一類非常亮且遙遠的天體,其發射來自于環繞超大質量黑洞的相對論性吸積盤 。類星體自從上世紀60年代被發現以來就被知道是變化的源,其光變幅度和時間尺度與波長、亮度和紅移有關。然而,有人聲稱觀測到的類星體變化在廣泛的紅移范圍內并沒有顯示出預期的宇宙學時間膨脹 。這導致了一種建議,即類星體光變不是內在的,而是由于存在于宇宙中分布的黑洞引起的微引力透鏡效應 。還有人認為這指向了我們宇宙學觀念中更基本的問題 ,甚至有人認為類星體并不是遙遠的天體,而是由于其他機制而產生了觀測到的紅移。
為了探測宇宙學時間膨脹在類星體中的表現,我們需要觀測一組不同紅移的類星體,并比較它們的光變曲線。如果存在時間膨脹,那么高紅移的類星體應該比低紅移的類星體變化得更慢。然而,這并不是一件容易的事情,因為類星體變化性受到多種因素的影響,例如吸積盤的結構、溫度、磁場、不穩定性等。因此,我們需要使用一種統計方法來評估不同假設之間的相對可能性,即貝葉斯分析。 最近發表在《自然·天文》的一篇論文中,作者通過貝葉斯分析評估了各種假設,并在一個由190個類星體組成、在多個波段監測了二十多年的樣本中發現了宇宙時間膨脹的跡象。這一發現反駁了之前關于觀測到的類星體變化缺乏預期紅移依賴性時間膨脹的說法。因此,除了證明缺乏類星體變化紅移依賴性時間膨脹對標準宇宙學模型構成了重大挑戰之外,這一分析還表明類星體的性質與它們作為真正遙遠天體是一致的。
作者使用了一個由190個類星體組成的樣本,這些類星體在1990年至2012年間被多個波段(U、B、V、R和I)監測。這些類星體覆蓋了很大的紅移范圍,并且具有不同的光度和顏色。他們對每個類星體在每個波段下的光變曲線進行了分析,以評估不同假設下對數據擬合程度和參數估計值。 他們考慮了一些不同的假設:
對于每種假設,他們使用了一個簡單而通用的模型來描述類星體的光變曲線,即一個隨機游走過程。這個模型可以用兩個參數來描述,即光變的振幅和特征時間尺度。為了比較不同假設下的數據擬合程度,他們使用了貝葉斯因子,即兩個假設下后驗概率的比值。貝葉斯因子越大,說明一個假設比另一個假設更能解釋數據。 他們對每個類星體在每個波段下的光變曲線進行了分析,并且計算了不同假設下的貝葉斯因子。在所有波段下,第一種假設比第二和第三種假設都有更大的優越性,說明數據更支持類星體光變是內在的,并且顯示出預期的宇宙學時間膨脹。相反地,數據不支持類星體變化沒有顯示出預期的宇宙學時間膨脹,無論是由于內在原因還是由于微引力透鏡效應。 |
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