宇宙和生命-第10章
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湎咄毒刀孕窍礜GC 720的观测表明该星系被包裹在一个椭球形的热气云团中，该云团的伸展方向与用可见光观测到的有所不同。该椭球的扁平程度太大，难以用修正的牛顿引力理论加以解释。NGC 720星系距离地球约八千万光年。
“热气云团的形状和伸展方向要求它被约束在一个鸡蛋形的暗物质环，”加州大学爱尔文分校教授，发表在2002年9月第20号天文物理期刊报告的第一作者大卫·；波特说，“这意味着暗物质不只是由于引力理论的缺陷而出现的错觉，它是真实的。”根据现在公认的标准引力理论，热Ｘ－射线云团应该需要额外的引力，一个暗物质环的吸引才不会逃逸掉。所需的暗物质质量为星系中星体质量的五到十倍。而且如果暗物质是在星系内，那么观测到的Ｘ－射线云团应该更圆些。扁平的热气团需要扁平的暗物质环加以约束。“修正牛顿引力理论（Modified Newtonian Dynamics）”由莫德采·；米尔格若母（Mordecai Milgrom）在1983提出。该理论试图修改牛顿引力理论从而达到可以不借助暗物质也能解释星系的运动。但是这一理论不能解释NGC720的观测结果。这是第一个成功区分修正牛顿引力理论和暗物质作用的证据。研究者还发现新的观测结果和冷暗物质理论的结果相吻合。该理论认为暗物质由缓慢运动，与常规物质仅以引力相互作用的物质所组成。其它形式的暗物质，比如自相互作用暗物质，冷分子暗物质都与观测结果不相符。
越来越多的事实证明，宇宙中存在着大量现在科学手段还探测不到的物质。“看不见的就不承认”实际上是缺乏科学根据的。因为科学手段对事物认识的局限性，所以对一些所谓的超常现象也就不能很好地解释。现在人们耳闻目睹的超常现象也越来越多，如天目，修行有素的和尚火化时出现的舍利子，甚至死后肉身不坏等等，都是真实存在的，也不神秘，用修行的道理都可以圆满地给予解释。
科学家在古老的星系团簇中发现出人意料的活跃超级黑洞。NASA图片： 图片中央的蓝色光亮区域是热气体释放的X射线的影像；周边的零星亮点则是宇宙尘埃和气体向大质量的黑洞聚集而造成的X射线影像。美国航空航天局（NASA）网站9月12日消息，位于加州帕塞德那（Pasadena）卡内基（Carnegie）观测站的一个研究组利用NASA的钱德勒（Chandra）…X射线观测站在一个星系团簇中发现了多达6倍于预期数目的活跃超级黑洞（Supermassive Blackhole）。这一发现对于古老星系中心黑洞如何成长的理论具有深远的影响。这一发现使天文学家们深感意外，因为它意味着活跃的中心黑洞在红色的古老星系中和在蓝色的年轻星系中或许同样普遍。研究组还用一个位于智利的6。5米天文望远镜作了光学跟踪观测。“这一发现改变了我们原先以为星系团簇是古老的安静的黑洞栖息场所的观点，”发表于 9月10日号《天文物理快报》描述该发现的文章第一作者保。马尔蒂尼（Paul Martini）博士说，“现在的问题是，这些黑洞是如何产生那些类似于在年轻星系中的强烈的X…射线源的？”
“X…射线可以穿透那些星系尘埃和气体，如同它们轻而易举穿透人体观察到断裂的骨头一样。”文章的一个合作者丹·；克尔森（Dan Kelson）说，“所以，利用钱德勒X…射线望远镜，我们可以看透星际尘埃，发现了即使是那些含有年龄达100亿年星体的古老星系也可以存在至今仍然活跃地吸引着大量星系气体的中心黑洞。这些活动一直躲过了我们的观察。这意味着这些星系绝非日薄西山，我们的理论需要更改。”科学家们说超级黑洞质量高达100万到10亿个太阳挤在我们太阳系那么大的空间，是位于活跃明亮星系中心的动力之源，通常被称为活跃的星河之核（Active Galactic Nuclei， 简称AGN）。许多天文学家认为所有的星系中都存在着中心超级黑洞，但是只有很少部份是活跃的。星系团簇含有成百上千的星系，它们是宇宙中已知的最庞大的结构。星系团中的星系通常都是古老的红色椭圆星系，显著区别于蓝色螺旋状星系，比如我们的银河系。受到挑战的理论认为随着星系以高速进入团簇中，它们的星系气体被剥离，类似于强风吹走树上的叶子一样。星系还会相互碰撞，由此引发的星体暴生会消耗掉所有的星际气体。这些过程即使没有消耗掉全部也消耗掉大部份的星际气体。因为它们没有原料用以产生新的星体，星体的总体年龄会越来越大而变红。没有气体剩下来给活跃的星河之核作燃料。以前对星系团簇的光学望远镜观测已经发现只有大约百分之一的星系团簇有活跃的星河之核，钱德勒的这一最近观测结果如果是典型的，那么这一百分比将上升到百分之五。
研究组在用钱德勒望远镜对一个叫阿贝尔2104的星系团簇进行的14小时的观测中发现了6个X…射线高度活跃的红色星系，而根据以前的光学观测的预期数目仅为一个。“如果我们仅依赖光学数据，我们将会漏掉这些庞然大物。”文章的另一合作者约翰·；穆尔凯依（John Mulchaey）博士说。六个AGN中只有一个在光学波段显出典型的AGN活动。近来越来越多的天文观测使目前的宇宙理论受到越来越强的全面挑战。修修补补现有的某些理论固然可以应付某一特定的观测结果，但只能偏安一时。也许从根本上改变关于时空，生命，宇宙的观点才能真正从本质上解决这些困难和矛盾。天文新发现两超大黑洞存在于同一星系。NGC 6240 中心钱德拉X…射线图像，天文学家第一次发现， 两个超大黑洞可以在同一个星系内共存；黑洞也可以象星系一样发生合并。该发现将刊登在最近一期出版的《Astrophysical Journal Letters》上。钱德拉（Chandra）X…射线图像显示，在超亮星系NGC 6240内有两个巨大的活跃黑洞。
德国马普宇宙物理研究所（Max Planck InstituteforExtraterrestrial Physics in Gaarching， Germany）的Stefanie Komossa说，“该发现令人吃惊。”以前的X…射线观测曾经观测到过该星系中心区域产生X…射线，尽管无线电、远红外线和光学观测探测到有两个明亮的核心，但是中心区域却一直是个谜。NGC 6240 中心钱德拉X…射线图像（右）与哈伯光学图像（左）对比。 神工的绝妙，黑洞与星系演化和谐相联。据美国太空网报道，由美国科学家领导的一个国际科学研究小组通过对一宇宙早期星系中心异常巨大黑洞的观察，发现许多新生星体，而且更多的星体在形成当中。该发现给新出现的星系形成协同演化理论提供了重要的直接证据，即黑洞与星系同时演化，两者谁也不会单独主导早期宇宙中星体的快速诞生。“这次对非常遥远年轻星系的独特观察使我们对星系形成中产生巨大数量星体和超巨型黑洞的过程有了从未有过的了解，”研究小组负责人、美国新墨西哥NRAO国家天文台（National Radio Astronomy Observatory）的Chris Carilli说，“这项工作是对星体和黑洞同时形成观点的强有力支持。” 宇宙早期星系中心异常的黑洞，曾有一段时间，许多观点认为黑洞先形成，然后星系围绕黑洞形成，或者是星系和星体先形成，然后是中心超巨型黑洞的演化产生。过去的三年中，科学家认识到这两个过程是互为共生：当气体朝刚刚形成的星系中心移动时，成为黑洞食物的气体云同时也供给新星体形成所需的燃料。该项新研究对一名叫PSS J2322＋1994的类星体进行了观测，结果表明，当气体类星体中心黑洞时，星体也在该黑洞周围形成，速度是每年数百颗。此结果发表在4月3日《科学》杂志网络版上。“该观察有力地支持了这种观点：当大量星体在年轻星系中形成的同时，它们中间的黑洞也吸进额外的物质。”法国巴黎大学太空天体物理研究所的Pierre Cox 说。
天文学家发现形成于宇宙早期的超级黑洞，据《科学》杂志网络版3月24日消息，天文学家们利用最新技术测量了一个距离我们最远的超级黑洞的质量。这个黑洞距离我们130亿光年，位于一个发光星系或者一个称为属于类星体（quasar）的星系的中心。它的质量是太阳的30多亿倍。目前天文学家认为我们宇宙寿命大约为137亿年。按照大爆炸理论，这一发现意味着这个黑洞形成于宇宙大爆炸后仅7亿年左右。这一发现使现在的星系演化理论再次陷入困境，因为它很难解释为什么这个超级黑洞在大爆炸后这么短的时间内能够形成。在类星体中，新发现含有超级黑洞的类星体。级黑洞被旋转的热气体圆盘所包围，这些热气体在以螺旋运动逐渐被黑洞吸收时会发出大量的电磁辐射。黑洞附近发光的氢原子谱线宽度与旋转速度有关。旋转速度越快，氢原子发出的谱线越宽，说明黑洞的质量越大。传统测量黑洞质量的方法就利用了这个原理。但是对于距离我们很远的星系黑洞，这个方法就失效了，因为宇宙的快速膨胀，使氢原子谱线发生红移，原来蓝色的谱线变成了难以观测的红外线。
去年，英国的两位天文学家，爱丁堡（Edinburgh）大学的罗斯。马克路尔（Ross McLure）和牛津大学的麦特。维斯（Matt Jarvis）指出，对于遥远的星系，可以用镁离子发出的此外谱线来代替氢原子谱线测量黑洞质量。他们与加拿大天文学家克利斯。维罗特（Chris Willott）和夏威夷联合天文中心的道克拉斯。皮尔斯（Douglas Pierce）合作，利用这一新技术测量了位于类星体SDSS J1148＋5251 中，迄今已知的最遥远的黑洞，测量表明这一黑洞质量约为太阳质量的30亿倍。这一结果出乎天文学家的意料。天文学家们原来认为超级黑洞是在宇宙演化的漫长岁月中通过吸收周围物质而逐渐变大，他们对发现超级黑洞出现在这么年轻的宇宙感到不可思议。 天文学家认为宇宙在加速扩张，天文学家认为宇宙诞生于大爆炸中，自那以后不断在扩张。直到最近，科学家们还认为宇宙的终结会有两种可能：当宇宙质量超过一定限度时，重心吸引力会使所有的银河系越聚越紧，最后形成一个非常紧密的物质团；当宇宙质量不够大时，宇宙的扩张会永远持续下去，但扩张的速度会越来越慢。但是，在一九九八年，两个不同的研究小组独立地发现：宇宙的扩张在不断地加快。科什那（Kirshner）教授向我们展示的扩张宇宙模型是现代数学不能完美解释的。根据这个模型推算，宇宙由70％暗能量，25％暗物质，5％普通物质（如恒星和行星）构成。而且，宇宙扩张加速开始于仅仅数十亿年前，并不是宇宙诞生之初。
天文学家发现未知力量导致宇宙加速膨胀，宇宙大爆炸后的余辉―宇宙背景微波辐射，美国航空航天局（NASA）2月11日公布了迄今为止所获图像中最佳的一张宇宙婴儿期图像，它包含着令人叹为观止的细节，有可能是近年来最重大科学成就之一。天文学家认为，这张宇宙新照捕捉到的是宇宙大爆炸后的余辉――宇宙背景微波辐射，它是通过NASA威金生微波各向异性探测器（WMAP， Wilkinson Microwave Anisotropy Probe）对整个天空进行12个月的探测所获得。天文学家发现，宇宙大爆炸之后所形成的第一代星体是在大爆炸之后2亿年形成，这要比许多科学家以前预计的要早得多。此外，该新图像把宇宙的年龄定位在137亿年。该研究发现，早期宇宙由4％的原子形态的真实物质、大约23％的看不见的暗物质和约73％的暗能组成；一种未知的外来力量导致宇宙以不断加快的速度膨胀。
很重要的是，该发现与从邻近宇宙中获得的数据中所作出的预测是一致的。从事该研究的天文学家认为，这些新结果是现代宇宙学理论的一个里程碑。斯坦福大学的安德雷。林德曾经提出过一些宇宙膨胀模型，并且这些模型至今还被引用。他一直在期待着这种结果。在接受记者电话采访中，他称此结果“特别让人印象深刻”。他说，在大约20年前当宇宙膨胀的观点首次提出之时，有点象科幻小说。“我们当初并没有期望在我们的有生之年它得到证实，”林德说道，“现在，我们得到了处于膨胀中的宇宙其基本特征与观测数据相吻合的消息。”神秘的宇宙加速膨胀引起科学家极大兴趣，据芝加哥论坛（Chigaco Tribune）8月30日消息，来自芝加哥大学和其它四个研究所的天文学家小组正准备在南极建造一个望远镜以研究宇宙膨胀的奥秘。该小组已经获得国家自然科学基金一千六百六十万美元的资助，预计该望远镜在四年以后正式工作。这个望远镜计划用于研究使宇宙加速膨胀的“暗能量 ”（Dark Energy）。 宇宙学家们认为我们宇宙起源于一次大爆炸，大爆炸使宇宙膨胀。这种膨胀速度应该是匀速的，或者因为星系之间的引力作用而逐渐减慢。然而，宇宙好象故意跟宇宙学家们开了一个天大的玩笑：1998年、2002年两组独立的实验观测结果让科学家们大吃一惊，宇宙膨胀在加速！加速膨胀的宇宙意味着在足够遥远的将来比如几十亿年以后所有的星星，星系和其它的物质将远离我们而去，宇宙将变成巨大的虚空。当然也有很多科学家并不相信这样的结论。
究其原因，可能是我们对引力所知甚少。引力是科学家们研究得最早的一种相互作用，以前一切似乎也很清楚，就是地球上使得“苹果落地”的那种作用力。但是宇宙学家们现在怀疑在宇宙尺度上，引力被某种称为“暗能量”的东西所产生的排斥所抵消，表现出正好相反的特性。用于观测暗能量的望远镜，“我们的确有了反引力，只是在非常大的尺度上。”负责设计和建造暗能量望远镜的加州大学宇宙学中心主任布鲁斯·；文斯坦（Bruce Winstein）说。最奇怪是当宇宙膨胀时，它似乎能不断产生更多的暗能量来推动以加速它的膨胀。“如果暗能量真的占宇宙总质量的７０％，且如现在的理论所估计的那样，那么现在它真的已经开始主宰宇宙中的一切了，” 哈佛 斯密苏年天文物理中心的托尼·；斯塔克说，“它将禁止所有新星系的产生，从现在起星系形成的数量将大为减少。” 然而，实际的观测似乎并非如此，这么多年过去了，新星系的形成仍然非常活跃。
科学家们在南极建造暗能量天文望远镜， 将观测距离我们50到70亿光年的星系团簇。按照现时的宇宙论，那时宇宙的大小只有现在的三分之一左右，那时的星系将迅速形成团簇。当微波辐射穿越这些团簇时，团簇中的尘埃会使辐射波长发生微小的变化，这些变化就告诉了科学家们早期宇宙中星系团簇的数目。暗能量与宇宙学中的另一不解之迷“暗物质”不同，暗物质指的是将旋转星系中的星体维系在一起不分崩离析的那些观测不到的“物质 ”。科学家们通过对星系运动的观测发现，要想让旋转星系中的星体保持在星系中而不离心而去，单靠这些星体之间的“引力”是远远不够的，因此科学家们设想还有一种总质量比那些我们能观察到的星体大的多的神秘的看不见的物质“暗物质”施加了引力。科学家们认为这类暗物 质占宇宙质量的２０％左右，而暗能量则占了约７０％。而我们能够看得见的星体的质量只占10％左右。
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