BOSS测得迄今最精确宇宙膨胀率

precise.measure BOSS发布了使用莱曼α森林来探测宇宙膨胀率的最新结果。与此相关的两篇论文是arXiv:1311.1767arXiv:1404.1801。我在此快速翻译了一下SDSS3网站上的英文的新闻稿


来自斯隆数字化巡天(Sloan Digital Sky Survey,简称SDSS)的天文学家们使用14万颗遥远的类星体测量了宇宙年龄为今日的四分之一时的膨胀率。这是迄今为止对宇宙过去的138亿年中的膨胀率的最精确测量。 作为斯隆数字化巡天第三期(SDSS-III)中最大的一部分,重子振荡光谱巡天(Baryon Oscillation Spectroscopic Survey,简称BOSS)开创性地采用了新技术来测量年轻宇宙的结构——使用类星体来探测星系际的氢气分布。今天,在佐治亚州萨凡纳市举行的2014年4月美国物理学会大会上,BOSS发布了新的观测结果。 最新的结果结合了两种不同的分析方法来测量宇宙的膨胀率。第一种方法由劳伦斯伯克利国家实验室的Andreu Font-Ribera及其合作者们完成,通过比较类星体的分布和氢气的分布来测量宇宙中的距离。第二中方法由洛桑联邦理工学院的Timothée Delubac所带领的团队完成,他们致力于从氢气本身的分布模式来测量年轻宇宙中的物质分布。结合这两种方法,BOSS得以确认108亿年前的宇宙膨胀率——每4400万年膨胀百分之一。 “如果我们回溯到宇宙只有今日大小的三分之一的时候,我们会看到一对相距一百万光年远的星系正以每秒68公里的速度远离对方。”Font-Ribera说道。 Delubac解释说,“我们测量了年轻宇宙的膨胀率,测量精度达到了前所未有的2%。”测量宇宙历史中各个时期的膨胀率是探索暗能量本质的关键,暗能量致使宇宙膨胀在过去60亿年中不断加速。“通过探测年龄只有今日的四分之一时的宇宙,BOSS得到了宇宙膨胀的关键一环,这可用于和今日由暗能量主导的宇宙的膨胀率加以比较。” BOSS通过测量重子声学振荡(Baryon Acoustic Oscillations,简称BAO)的尺度来测量某一时期的宇宙膨胀率。重子声学振荡是早期宇宙中的声波在宇宙物质分布中留下的印记,在星系、类星体、星系际氢气的分布中都能找到重子声学振荡的痕迹。 precise.expansion.150dpi “三年前,BOSS使用14,000颗类星体向大家展示了我们有可能制作出宇宙中最大的三维(氢气)分布图,”BOSS项目的负责人,劳伦斯伯克利国家实验室的David Schlegel说,“两年前,使用48,000颗类星体,我们首次在这些分布图中测到了BAO信号。如今,凭借超过140,000颗类星体,我们已经做出了超高精度的BAO测量。” 来自遥远类星体的光穿过分布于宇宙中的氢气时,气体团会吸收类星体光谱上对应中性氢特征波长的位置上的光,密度较高的气体团会吸收较多的光。随着宇宙膨胀,类星体的光的波长被不断拉伸(红移),随后遇到的每一个气体团会分别在一个不同的相对波长处留下吸收印记。最终,被BOSS观测到的类星体光谱上包含了沿路遇到的所有气体团的印记。随后,天文学家们可从类星体光谱中测量出光穿过每一个氢气团后宇宙膨胀了多少。 有了足够多高质量的类星体光谱,且类星体的分布足够密集的话,就可以得到气体云的三维分布图。通过测量宇宙不同时期的BAO特征尺度,BOSS得以确定宇宙的膨胀率。这些新的测量为天文学家们探寻暗能量的本质提供了关键数据,理论假设暗能量驱动了宇宙膨胀率的增加。 David Schlegel评论道,当BOSS项目刚开始的时候,就已经有人建议可以用类星体和莱曼α森林来进行高精度的测量,但是“我们中的一些人曾担心这个方法可能无法成功。我们错了。这次我们得到的精确测量结果甚至比我们早先的乐观预期还要好。”


原文和图片来自SDSS3网站的新闻稿,由SDSS团队撰写和制作。图1制作:Zosia Rostomian (LBNL) , Andreu Font-Ribera (BOSS Lyman-alpha team, LBNL)。图2制作:Paul Hooper (Spirit Design), with Mat Pieri and Gongbo Zhao (ICG)。

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