暗能量粒子轰地球 捕捉暗能量 太空闪烁“七只眼睛”

2019-08-02 - 暗能量

德国和俄罗斯合作的"光谱—伦琴—伽马"(SRG)任务原定于6月21日从哈萨克斯坦拜科努尔航天中心发射,现因电池原因推迟至7月升空。届时,由德国研制的eROSITA X射线望远镜也将随同发射,目标是搜寻暗能量的踪迹。这将是一段令人兴奋的探索旅程。

暗能量粒子轰地球 捕捉暗能量 太空闪烁“七只眼睛”
暗能量粒子轰地球 捕捉暗能量 太空闪烁“七只眼睛”

据物理学家组织网报道,该望远镜将部署在日地拉格朗日L2点,距离地球150万公里。在此,eROSITA将对热宇宙进行有史以来最大规模调查,它将利用其7个X射线探测器——7只"亮晶晶的眼睛"观测整个天空,搜寻和绘制热源,如星系团、活跃黑洞、超新星遗迹、X射线双星和中子星的图谱。

暗能量粒子轰地球 捕捉暗能量 太空闪烁“七只眼睛”
暗能量粒子轰地球 捕捉暗能量 太空闪烁“七只眼睛”

德国航空航天中心空间管理执行委员会成员沃尔特·佩尔泽表示:"eROSITA的X射线‘眼睛’是有史以来最好的,它们独特的集光区域、视野和分辨率,使它们的灵敏度为上世纪90年代飞往太空的ROSAT望远镜的20倍。凭借其增强的功能,eROSITA将帮助研究人员更好地了解宇宙的结构和演化历程,并帮助厘清暗能量之谜。"

暗能量粒子轰地球 捕捉暗能量 太空闪烁“七只眼睛”
暗能量粒子轰地球 捕捉暗能量 太空闪烁“七只眼睛”

宇宙加速膨胀的"幕后黑手"

自大爆炸以来,宇宙一直在不断膨胀。直到20世纪90年代,科学家们认为这种宇宙膨胀会减缓并最终停止。但索尔·珀尔马特、亚当·里斯、布赖恩·施密特这3位科学家对超新星的观测,推翻了这一看法。

三位科学家使用最先进的天文观测工具对准了Ia型超新星——由密度极高而体积很小的白矮星爆炸而成。由于每颗Ia型超新星爆发时质量都一致,它们爆炸发出的能量和射线强度也一致,因此在地球上观测Ia型超新星亮度的变化,可以准确推算出它们和地球距离的变化,并据此计算出宇宙膨胀的速度。

他们总共观测了约50颗遥远的Ia型超新星,并于1998年得出结论:宇宙的膨胀速度不是恒定的,也不是越来越慢,而是不断加快。3人因此荣膺2011年诺贝尔物理学奖,而这个发现,被瑞典皇家科学院称为"震动了宇宙学的基础"。

诺贝尔物理学奖评审委员会认定,3名获奖者的研究结果改变了人类对宇宙的认识。"发现宇宙扩张正在加速,令人惊异。如果扩张继续加速,宇宙将以冰冻状态终结。"

但这3位科学家也给世人留下了一个难题:为宇宙膨胀提供动力的"宇宙燃料"究竟是什么?德国航空航天中心空间管理局eROSITA项目经理托马斯·摩尼克说:"迄今未曾有人能够回答这个问题,而且这种催化剂的成分未知,因此,它被简称为暗能量。现在,eROSITA将试图追踪造成这种加速的‘幕后黑手’。"

星系团——暗能量的关键

目前,我们其实对宇宙知之甚少。质子和中子等普通物质仅占宇宙总质能的4%,只是"宇宙配方"的一小部分;其他96%的组成部分仍然是一个谜。 科学家们现在推测,其中26%是暗物质,另外70%是暗能量。

为了追踪到暗能量的"蛛丝马迹",科学家们必须观察到无比庞大且非常热的物体。

摩尼克解释道:"星系团由数千个星系组成,这些星系在一个共同的引力场内以不同的速度运动。在引力场内部,薄而炽热的热气渗透进星系团内,热气会发射出X射线,因此,通过观察X射线,我们可以追本溯源观察到这些热气。

而X射线正是eROSITA的‘眼睛’所要寻找的。这些‘眼睛’可以让我们观察星系团以及它们在宇宙中的移动方式,最重要的是它们的移动速度。我们希望,这些运动能告诉我们更多关于暗能量的信息。"

提供迄今最全宇宙热物体目录

科学家们不仅对星系团的运动模式感兴趣,他们还想计算并绘制出这些结构的图谱。eROSITA的X射线"眼睛"应该可以捕获多达1万个这样的星系团,远远超出此前观测的数量。此外,它还将观察和识别其他热现象,如活跃的星系核、超新星遗迹、X射线双星和中子星等。

eROSITA包含两个核心部件:光学器件和相关探测器。光学器件由7个并行排列的镜子组成,每个镜子的直径为36厘米。镜子收集高能光子并将它们聚焦到CCD X射线摄像机上,这些摄像机是eROSITA的第二个核心组件,也是同类产品中最好的。

eROSITA将每6个月对整个天空进行一次扫描,并在4年内创建一张深入而详细的宇宙X射线图。它将提供有史以来最全的宇宙热物体目录,从而提高科学家们对宇宙结构及其演化的认知。