哈勃太空望远镜在宇宙膨胀率之谜上取得新的里程碑

哈勃太空望远镜在宇宙膨胀率之谜上取得新的里程碑

NASA的哈勃太空望远镜完成了近30年的马拉松比赛,校准了40多个时空“里程碑”,以帮助科学家精确测量宇宙的膨胀率——这是一项曲折的探索。 这组来自NASA哈勃太空望远镜的 36 幅图像展示了这些特征星系,它们都是造父变星和超新星的宿主。 这两种天体现象都是天文学家用来确定天文距离的重要工具,并已被用于改进我们对哈勃常数(宇宙膨胀率)的测量。 这张照片中显示的星系(从顶行,左行到底行,右行)是:NGC 7541,NGC 3021,NGC 5643,NGC 3254,NGC 3147,NGC 105,NGC 2608,NGC 3583,NGC 3147,Mrk 1337,NGC 5861,NGC 2525,NGC 1015,UGC 9391,NGC 691,NGC 7678,NGC 2442,NGC 5468,NGC 5917,NGC 4639,NGC 3972,触角星系,NGC 5584,M106,NGC 7250,NGC 3370,NGC C 5728、NGC 4424、NGC 1559、NGC 3982、NGC 1448、,NGC 4680、M101、NGC 1365、NGC 7329和NGC 3447。 影像来源:NASA, ESA, Adam G. Riess (STScI, JHU) 天文学家埃德温·哈勃和乔治·莱马蒂于20世纪20年代开始了对宇宙膨胀率的研究。1998年,这导致了“暗能量”的发现,这是一种加速宇宙膨胀的神秘排斥力。近年来,得益于哈勃和其他望远镜的数据,天文学家发现了另一个转折点:在局部宇宙中测得的膨胀率与大爆炸后的独立观测结果之间存在差异,后者预测了不同的膨胀值。 这种差异的原因仍然是个谜。但是哈勃的数据,包括了作为距离标记的各种宇宙物体,支持了一些奇怪的事情正在发生的观点,这可能涉及到全新的物理学。 太空望远镜科学研究所和马里兰州巴尔的摩市约翰霍普金斯大学的诺贝尔奖获得者亚当里斯说:“通过望远镜和宇宙里程标记的黄金标准,可以最精确地测量宇宙的膨胀率。” 里斯领导了一个研究宇宙膨胀速率的科学合作项目,该项目被称为SH0ES,即超新星,H0,暗能量状态方程的缩写。“这就是哈勃太空望远镜所要做的,它使用了我们所知道的最好的技术。这很可能是哈勃的杰作,因为哈勃还需要30年的寿命才能将样本量增加一倍。” 里斯团队的论文将发表在《天体物理学杂志》的特别焦点刊上,报告完成了对哈勃常数最大的、可能也是最后一次重大更新。新结果是先前宇宙距离标记样本的两倍多。他的团队还重新分析了所有先前的数据,整个数据集现在包括 1,000 多个哈勃轨道。 上世纪70年代,NASA构想出一架大型太空望远镜,其花费巨资和非凡技术努力的主要理由之一是能够分辨出造父变星(仙王座)。即在我们的银河系和外部星系中观测到的周期性变亮和变暗的恒星。自1912年天文学家亨丽埃塔·斯旺·莱维特发现造父变星以来,造父变星一直是宇宙英里标记的黄金标准。为了计算更远的距离,天文学家使用了一种名为Ia型超新星的爆炸恒星。 20世纪70年代,当NASA构想出一台大型太空望远镜时,其花费和非凡的技术努力的主要理由之一是能够分辨造父变星,即周期性变亮和变暗的恒星,这些恒星可以在我们的银河系和外部星系中看到。自1912年天文学家亨丽埃塔·斯旺·莱维特发现造父变星以来,造父变星一直是宇宙英里标记的黄金标准。为了计算更远的距离,天文学家使用了一种名为Ia型超新星的爆炸恒星。 这些物体结合在一起,在整个宇宙中形成了一个“宇宙距离阶梯”,对于测量宇宙膨胀率至关重要,被称为哈勃常数,以埃德温·哈勃命名。该值对于估计宇宙年龄至关重要,并为我们对宇宙的理解提供了一个基本测试。 1990年哈勃发射后,两个团队对造父变星进行了第一组观测,以完善哈勃常数:温迪·弗里德曼、罗伯特·肯尼科特、杰里米·莫德和马克·阿伦森领导的HST关键项目,以及艾伦·桑德奇及其合作者领导的另一个项目,他们使用造父变星作为里程碑标记来改进与附近星系的距离测量。到本世纪初,研究小组宣布哈勃常数的精确度达到10%,即72±8公里/兆帕·秒,从而“完成了任务”。 2005年和2009年,哈勃望远镜上新增了功能强大的新摄像头,这开启了哈勃望远镜的“第二代”持续研究,各团队开始开始将数值的精确度提高到1%。这是由SH0ES计划启动的。包括SH0ES在内的几个使用哈勃望远镜的天文学家小组已经将哈勃常数收敛到73±1公里/兆帕·秒。虽然其他方法已被用于研究哈勃常数问题,但不同的团队得出接近相同的数值。 SH0ES团队包括长期领导者约翰·霍普金斯大学袁文龙博士、德克萨斯农工大学卢卡斯·麦克里博士、STScI的斯特凡诺·卡塞塔诺博士和杜克大学的丹·斯科利尼博士。该项目旨在通过匹配从研究宇宙黎明时遗留下来的宇宙微波背景辐射推断出的哈勃常数的精度来支撑宇宙。 ICREA和ICC巴塞罗纳大学的宇宙学家利西亚·维德博士在谈到SH0ES团队的工作时说:“哈勃常数是一个非常特殊的数字。它可以用来从过去到现在进行一场端对端测试,测试我们对宇宙的理解。这需要大量的详细工作。” 该团队用哈勃望远镜测量了42个超新星里程碑标记。由于观测到它们以每年大约1倍的速度爆炸,哈勃已经记录了尽可能多的超新星,以测量宇宙膨胀。里斯说:“我们有哈勃望远镜在过去40年中观测到的所有超新星的完整样本。”就像百老汇音乐剧《俄克拉荷马》中的歌曲《堪萨斯城》中的歌词一样,哈勃“走得很快!” 奇怪的物理学? 据预测,宇宙的膨胀速度比哈勃实际看到的要慢。 通过结合宇宙标准宇宙学模型和欧洲航天局普朗克任务的测量结果(观测138亿年前遗留的宇宙微波背景),天文学家预测哈勃常数的值会更低:67.5±0.5公里/兆帕·秒,而SH0ES团队的估计是73公里/兆帕·秒。 里斯说,考虑到哈勃望远镜的样本量很大,天文学家因抽奖不走运而犯错的可能性只有百万分之一,这是物理学中认真对待问题的常见门槛。 这一发现解开了宇宙动力学演化的一幅美丽而整洁的图画。天文学家无法解释局部宇宙与原始宇宙膨胀率之间的脱节,但答案可能涉及宇宙的其他物理现象。 对于里斯这样的宇宙学家来说,这些令人困惑的发现让它们更加兴奋。三十年前,他们开始测量哈勃常数来衡量宇宙,但现在它变得更有趣了。里斯补充道:“实际上,我不在乎膨胀值具体是多少,但我喜欢用它来了解宇宙。” NASA新的韦伯太空望远镜将在哈勃望远镜的基础上,以比哈勃望远镜所能看到的更远的距离或更清晰的分辨率显示这些宇宙里程碑标记。 哈勃太空望远镜是NASA和ESA(欧洲航天局)之间的国际合作项目。位于马里兰州绿带的美国宇航局戈达德航天飞行中心负责管理这台望远镜。位于马里兰州巴尔的摩的空间望远镜科学研究所(STScI)负责哈勃科学操作。STScI由位于华盛顿特区的天文学研究大学协会为NASA运营。 参考来源: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2022/hubble-reaches-new-milestone-in-mystery-of-universes-expansion-rate

哈勃望远镜通过巨大的椭圆层进行观测

哈勃望远镜通过巨大的椭圆层进行观测

This new NASA Hubble Space Telescope image captures the central region of the gigantic elliptical galaxy NGC 474. Located some 100 million light-years from Earth, NGC 474 spans about 250,000 light-years across – that’s 2.5 times larger than our own Milky Way galaxy! Along with its enormous size, NGC 474 has a series of complex layered shells that surround its spherical-shaped core. The cause of these shells is unknown, but astronomers theorize that they may be the aftereffects of the giant galaxy absorbing one or more smaller galaxies. In the same way a pebble creates ripples on a pond when dropped into the water, the absorbed galaxy creates waves that form the shells. About 10% of elliptical galaxies have shell structures, but unlike the majority…

哈勃在巨蛇座的头部拍摄到了巨大的椭圆

哈勃在巨蛇座的头部拍摄到了巨大的椭圆

This new NASA Hubble Space Telescope image spotlights the giant elliptical galaxy, UGC 10143, at the heart of galaxy cluster, Abell 2147, about 486 million light-years away in the head of the serpent, the constellation Serpens. UGC 10143 is the biggest and brightest member of Abell 2147, which itself may be part of the much larger Hercules Supercluster of galaxies. UGC 10143’s bright center, dim extended halo, and lack of spiral arms and star-forming dust lanes distinguish it as an elliptical galaxy. Ellipticals are often near the center of galaxy clusters, suggesting they may form when galaxies merge. This image of UGC 10143 is part of a Hubble survey of globular star clusters associated with the brightest galaxies in galaxy clusters. Globular star clusters help…

太空中的天使之翼

太空中的天使之翼

This Hubble Space Telescope image features two merging galaxies in the VV-689 system, nicknamed the Angel Wing. Unlike chance alignments of galaxies, which only appear to overlap when viewed from our vantage point on Earth, the two galaxies in VV-689 are in the midst of a collision. The galactic interaction has left the VV-689 system almost completely symmetrical, giving the impression of a vast set of galactic wings. “Zoo Gems,” interesting galaxies from the Galaxy Zoo citizen science project is a crowdsourced program and relies on hundreds of thousands of volunteers to classify galaxies and help astronomers wade through a deluge of data from robotic telescopes. In the process, volunteers discovered a gallery of weird and wonderful galaxy types, some not previously studied. A similar,…

黑洞吞噬数千颗恒星以促进增长

黑洞吞噬数千颗恒星以促进增长

NASA钱德拉X射线天文台对100多个星系进行的一项新调查发现,有迹象表明,黑洞正在吞噬数千颗恒星,以增加其质量。图中所示的4个星系是样本中29个星系中的4个,这些星系显示了黑洞在其中心附近不断生长的证据。来自钱德拉(蓝色)的X射线被叠加在NASA哈勃太空望远镜拍摄的NGC 1385、NGC 1566、NGC 3344和NGC 6503的光学图像上。翻转图中出现的方框勾勒出正在萌芽的黑洞的位置。 这些新的结果表明,至少其中一些黑洞要达到现在的大小,经历了某种程度上暴力的方式——恒星毁灭的规模是前所未见。 天文学家对两类不同的黑洞进行了详细的研究。较小的种类是“恒星质量”黑洞,其质量通常为太阳质量的5到30倍。在光谱的另一端是生活在大多数大星系中间的超大质量黑洞,其质量达几百万甚至几十亿个太阳质量。近年来,也有证据表明存在一种称为“中等质量黑洞”(IMBHs)的中间类。钱德拉的新研究可以解释这种IMBH是如何通过恒星质量黑洞的失控增长而产生。 制造IMBH的一个关键可能是他们的环境。这项最新的研究着眼于星系中心非常密集的星团。由于恒星距离如此之近,许多恒星将在星团中心黑洞的引力作用下通过。该团队的理论工作表明,如果星团中恒星的密度(堆积在给定体积中的数量)高于阈值,则星团中心的恒星质量黑洞将在吸入、撕碎和吞食附近丰富的相邻恒星时经历快速增长。 在钱德拉新研究的星团中,密度高于这个阈值的星团的黑洞数量大约是密度低于这个阈值的星团的两倍。密度阈值还取决于星团中恒星的移动速度。 钱德拉的最新研究表明,这个过程可以在宇宙历史上的任何时候发生,这意味着中质量黑洞可以在大爆炸后数十亿年后形成,直到今天。 一篇描述这些结果的论文被录用并发表在《天体物理学杂志》上。它也可以在线获取。这项研究的作者是Vivienne Baldassare(华盛顿州立大学)、Nicolas C.Stone(以色列耶路撒冷希伯来大学)、Adi Foord(斯坦福大学)、Elena Gallo(密歇根大学)和Jeremiah Ostriker(普林斯顿大学)。 NASA的马歇尔太空飞行中心管理钱德拉计划。史密森尼天体物理天文台的钱德拉X射线中心控制着来自马萨诸塞州剑桥的科学操作和来自马萨诸塞州伯灵顿的飞行操作 图片来源:X射线:NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et al.;光学:NASA/ESA/STScI 请阅读NASA钱德拉X射线天文台的更多信息。 如欲了解更多钱德拉图片、多媒体和相关资料,请访问: http://www.nasa.gov/chandra 参考来源: https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/images/black-holes-raze-thousands-of-stars-to-fuel-growth.html

祝哈勃32岁生日快乐!

祝哈勃32岁生日快乐!

We’re celebrating the Hubble Space Telescope’s 32nd birthday with a stunning look at an unusual close-knit collection of five galaxies, called The Hickson Compact Group 40. This eclectic galaxy grouping includes three spiral-shaped galaxies, an elliptical galaxy, and a lenticular (lens-like) galaxy. Somehow, these different galaxies crossed paths in their evolution to create an exceptionally crowded and eclectic galaxy sampler. Hubble’s 32nd Anniversary: An Eclectic Galaxy Grouping (video) Image Credit: NASA, ESA, STScI; Image Processing: Alyssa Pagan (STScI) 我们正在庆祝哈勃太空望远镜的32岁生日,令人惊叹地看到了一个由五个星系组成的不同寻常的紧密组合,称为希克森致密星系群40。 这个折衷星系群包括三个螺旋状星系、一个椭圆星系和一个透镜状(透镜状)星系。不知何故,这些不同的星系在它们的进化过程中相交,创造了一个异常拥挤和折衷的星系采样器。 哈勃32周年纪念:一个折衷的星系群(视频) 图片来源:NASA、ESA、STScI;图像处理:Alyssa Pagan(STScI)

当星系碰撞

当星系碰撞

A spectacular head-on collision between two galaxies fueled the unusual triangular-shaped star-birthing frenzy, as captured in this image from the Hubble Space Telescope. The interacting galaxy duo is collectively called Arp 143. The pair contains the glittery, distorted, star-forming spiral galaxy NGC 2445 at right, along with its less flashy companion, NGC 2444 at left. Astronomers suggest that the galaxies passed through each other, igniting the uniquely shaped star-formation firestorm in NGC 2445, where thousands of stars are bursting to life on the right-hand side of the image. This galaxy is awash in star birth because it is rich in gas, the fuel that makes stars. However, it hasn’t yet escaped the gravitational clutches of its partner NGC 2444, shown on the left side of…

哈勃望远镜观测到一对奇特的星系

哈勃望远镜观测到一对奇特的星系

This striking image from the NASA/ESA Hubble Space Telescope showcases Arp 298, a stunning pair of interacting galaxies. Arp 298 – which comprises the two galaxies NGC 7469 and IC 5283 – lies roughly 200 million light-years from Earth in the constellation Pegasus. The larger of the two galaxies pictured here is the barred spiral galaxy NGC 7469, and IC 5283 is its diminutive companion. NGC 7469 is also host to an active, supermassive black hole and a bright ring of star clusters. The “Arp” in this galaxy pair’s name signifies that they are listed in the Atlas of Peculiar Galaxies compiled by the astronomer Halton Arp. The Atlas of Peculiar Galaxies is a gallery of weird and wonderful galaxies containing peculiar structures, featuring galaxies…

哈勃观测到宇宙间的相互作用

哈勃观测到宇宙间的相互作用

This image from the NASA/ESA Hubble Space Telescope feels incredibly three-dimensional for a piece of deep-space imagery. The image shows Arp 282, an interacting galaxy pair composed of the Seyfert galaxy NGC 169 (bottom) and the galaxy IC 1559 (top). Interestingly, both galaxies have monumentally energetic cores known as active galactic nuclei (AGN), although that is difficult to tell from this image, which is fortunate. If the image revealed the full emission of both AGNs, their brilliance would obscure the beautifully detailed tidal interactions we see in this image. Tidal forces occur when an object’s gravity causes another object to distort or stretch. The direction of tidal forces is away from the lower-mass object and toward the higher mass object. When two galaxies tidally interact,…

广阔的光线

广阔的光线

影像来源:X-ray: NASA/CXC/SAO; Optical: NASA/STScI, Palomar Observatory, DSS; Radio: NSF/NRAO/VLA; H-Alpha: LCO/IMACS/MMTF NASA及其国际合作伙伴最近发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜(韦伯)和X射线成像偏振探测仪(IXPE)极好地提醒人们,宇宙以多种不同的形式发射光或能量。为了全面研究宇宙物体和现象,科学家需要能够探测整个电磁波谱的望远镜。 这个画廊提供了一些例子,展示了来自地面和太空中的望远镜的不同类型的光的组合方式。这些选择的共同点是来自NASA钱德拉X射线天文台的数据,说明X射线(由非常热和高能的过程发出)是如何在整个宇宙中被发现的。 宝瓶座R 这个天体实际上是一对恒星:一颗在相对低温下稳定燃烧的白矮星和一颗高度可变的红巨星。当它们相互环绕时,白矮星将红巨星的物质拉到它的表面。随着时间的推移,这些物质积累到一定程度,就会引发爆炸。天文学家在最近几十年里已经看到过这样的爆发。从NASA哈勃太空望远镜观察到的壮观结构(红色和蓝色)中,可以看到更早的爆发证据。来自钱德拉的X射线数据(紫色)显示了来自白矮星的喷流是如何撞击它周围的物质并产生冲击波,类似于超音速飞机的音爆。 仙后座A 钱德拉对仙后座A超新星遗迹的观测表明,爆炸恒星中的单个元素是如何被抛入太空的。在这张照片中,X射线显示元素硅(红色)、硫(黄色)、钙(绿色)和铁(浅紫色)。遗迹边缘的蓝色显示了爆炸向外传播时产生的冲击波。这张图片还添加了一层来自美国国家科学基金会卡尔·央斯基甚大天线阵(深紫色、蓝色和白色)的仙后座A的无线电数据,以及一张来自哈勃望远镜(橙色)的光学图像。与X射线一样,无线电波可以穿透位于地球和仙后座A之间的厚厚的气体和尘埃云,提供关于这个著名恒星爆炸的额外信息。 吉他星云 在过去十年左右的时间里,天文学家们一直对高速移动的脉冲星(也就是旋转的中子星)的一些X射线喷流的排列感到困惑,这些喷流以奇怪的、意想不到的角度射向星际空间。这就是天文学家通过PSR B2224+65观测到的,PSR B2224+65是一颗脉冲星,因其在光学光(蓝色)下的形状而被称为“吉他星云”。钱德拉捕捉到的X射线流(粉红色)几乎垂直于吉他状结构,源自脉冲星的磁极。 阿贝尔2597 星系团是宇宙中由引力维系的最大结构,是包含单个星系、大量热气体和暗物质的动态环境。通常情况下,星系团中心的巨大黑洞可以帮助推动其行为。在阿贝尔2597星系团中,一个巨大的中央超大质量黑洞正在向外推动气体,并在其中产生气泡或空洞。这张阿贝尔2597的合成图像合成图像包括来自钱德拉的X射线(蓝色),来自数字化巡天(橙色)的光学数据,以及来自智利拉斯坎帕纳斯天文台的光学光中氢原子的发射(红色)。 NGC 4490 当两个星系在合并的过程中,引力的相互作用会触发恒星形成波。NGC 4490就是这种情况,这是一个螺旋星系,它与右上方一个较小的星系相撞,但在这张图片中没有看到。科学家们认为,这两个星系已经有了最亲密的接触,现在正在彼此分离。一些点状的X射线源代表星系内的恒星质量黑洞和中子星。在这张NGC 4490的图像中,钱德拉的X射线(紫色)与哈勃的光学图像(红色、绿色和蓝色)相结合。 NASA的马歇尔太空飞行中心管理钱德拉计划。史密森天体物理天文台的钱德拉X射线中心在马萨诸塞州的剑桥控制科学运作,并在马萨诸塞州的伯灵顿控制飞行运作。 阅读更多来自NASA德拉X射线天文台的信息。 如欲了解更多钱德拉图片、多媒体和相关资料,请访问: http://www.nasa.gov/chandra 参考来源: https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/an-expanse-of-light.html