几千年前,时间走得更慢?
时间膨胀
1915年,爱因斯坦(AlbertEinstein)提出了一个新的引力理论,——广义相对论。当科学家将广义相对论应用于整个宇宙的研究时,他们最终发现宇宙正在膨胀。
建立在相对论基础上的宇宙学有一个基本的预言,就是由于空间的膨胀,对遥远宇宙的观测应该呈现出时间的膨胀。换句话说,遥远宇宙中的事件似乎比本地宇宙中的事件运行得更慢。
现在,在《自然与天文学》发表的一项新研究中,两位科学家使用贝叶斯分析评估了在多个波段观测到的190个类星体的数据,最终发现了时间膨胀的迹象。
超新星标准钟
发现这个时间膨胀并不容易,需要一个可以测量时间尺度的标准时钟。在过去的研究中,科学家们使用遥远的超新星显示的光变曲线作为标准时钟,并清楚地探测到了时间膨胀。
超新星是一种特殊的爆炸行星每一次超新星爆发都惊人的相似它们会在几周内迅速点亮,然后逐渐消失。此前,科学家通过观测爆炸年龄约为今天宇宙年龄一半的最远超新星,确定其亮度和暗度是现代超新星的一半,这与爱因斯坦 的预测。
我们知道,当我们用眼镜看遥远的星星时,我们看到了它们的过去。你看得越远,你看到的宇宙就越老。同时,在膨胀的宇宙中,你看得越远,时间和空间就会延伸得越多,时间的膨胀就越明显。
然而,虽然超新星非常明亮,但科学家无法在更远的距离观察到它们,因此很难探测到更古老的宇宙。因此,我们还需要观测宇宙中的其他初始恒星。
类星体问题
幸运的是,超新星不是宇宙中唯一亮度会变化的恒星,20世纪60年代发现的类星体也是如此。
类星体是非常明亮的活动星系核,其中心有一个超大质量黑洞。当黑洞吞噬周围的物质时,会释放出大量的能量,在这个过程中会释放出明亮的光,这样科学家就可以从比超新星更远的地方观测到它们。
活动星系核是由超大质量黑洞驱动的一些星系中心的高能区域。从不同的角度看,活动星系核看起来会完全不同。
当宇宙还处于“婴儿”在这个阶段,一些类星体已经在剧烈燃烧。所以在那些遥远的类星体周围,空间膨胀和时间膨胀的影响应该更明显。
然而,在过去的搜索中,科学家并没有发现遥远的类星体表现出预期的宇宙时间膨胀。在过去,科学家发现,无论它们离我们有多远,它们的亮度似乎都在以相同的速度变化通过分析科学家几十年来观察到的数百种恒星。
有人认为这说明类星体的亮度变化并不是一种固有特征,而是黑洞引起的微镜效应。有些人甚至认为我们之所以没有 t检测不到预期的信号是因为我们对宇宙学的理解有一个基本的错误。
新数据,新方法
2023年,一组新的类星体数据公布,显示了Sloan 的数字调查。在过去的20年里,许多不同的天文任务在不同的波段观察到了这些类星体。整个数据包括在多个波段观察到的每个类星体的几个亮度。
利用这些信息,两位科学家通过统计方法描述了每类恒星的可变性。variability),也就是所谓的“阻尼随机游动”这个特征为每个类星体分配了一个时间尺度。
就像每颗超新星一样,每颗恒星都是不同的,观测到的可变性可能取决于它们的内部特征。有了这些新数据,研究人员可以匹配相似的类星体,并消除这些差异的影响。正如他们之前对超新星所做的那样,他们标准化了类星体的计时。
最后,他们的结果被准确揭示,类星体完全遵循广义相对论的预测,即古代宇宙运行速度比现在慢得多。他们发现当宇宙的年龄只有1/十点钟时钟,时间的流逝速度是1/5。
除了反驳过去类星体变率的推论,这些结果进一步显示爱因斯坦 关于宇宙膨胀的描述是正确的。
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