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有一个简单的定律告诉你一个已知光度的天体在给定距离下有多亮,你就可以利用这个定律,用测得的亮度和算出的造父变星的光度来计算它的距离。
不幸的是,这个方法里面有很多步骤都可能出错。
用来确定天体距离的一些定律(比如造父变星光变周期和光度的关系)可能仅仅是近似正确。
你还需要假设这些定律同时适用于遥远的天体和近处的天体。
这不一定总是正确,因为当一个天体很远的时候人们很难弄清楚它到底是什么天体,另一种可能性是那些定律在随着时间变化(注意,你看远处时,看到的是远处物体很久以前的样子)。
人们需要仔细考虑这些问题,因为它们有时候会导致错误的推断。
比如说,哈勃在1929年的论文中推测的宇宙膨胀速度是现在测量结果的10倍左右。
这一错误是由于哈勃利用造父变星估算出的星系距离有误。
测量天体距离领域现在有了很大的进步,人们利用超新星观测来测距,这个方法本质上和哈勃的方法还是一致的。
我们在第3章讨论过,超新星是爆炸的恒星,单个超新星的亮度可以和整个星系的亮度相同。
所以人们可以相对容易地看到它。
现在人们知道超新星爆发有好几种方式,天文学家们已经给它们都起好了名字。
对于研究宇宙膨胀最有用的一类超新星叫做Ia型(TypeIa)超新星。
这类超新星爆发的源头是吸积伴星物质的白矮星。
当白矮星上聚集了足够的质量,它就不可能继续抵抗自身引力的压力,于是产生坍缩和爆炸。
Ia型超新星的好处在于,无论它发生在哪里,发生在什么时候,其发生的方式都是非常相似的。
这意味着如果人们能够确定一个天体是Ia型超新星,就能利用它们的亮度来很好地估计其距离。
第一批利用Ia型超新星研究宇宙膨胀历史的结果在20世纪90年代末才开始出现。
超新星宇宙学项目(SupernovaologyProject)和高红移超新星搜寻小组(High-ZSupeream)两个研究组都参与了这项工作,他们大约在同一时间发表了各自的结果。
利用对超远距离的超新星(也就是几十亿年前爆发的超新星)的观测,他们有了一些令人惊讶的发现。
他们确认了宇宙膨胀的速度并没有减慢,而是在加速。
这一结果完全出乎意料,因为理论上在引力作用下相互远离的物体只会减速远离,整个物理学界都被震惊了。
当然对于理解引力来说,这其实是非常迷人的结果。
我们将在第6章仔细研究这些结果,现在让我们回到宇宙大尺度结构。
晚期宇宙
和恒星会聚集在一起形成星系一样,星系也会聚集在一起形成一种叫星系团(clusters)或超星系团(super-clusters)的结构。
这就是宇宙学家们所说的大尺度结构(large-scalestructure)。
大尺度结构研究也始于哈勃。
正是哈勃第一次意识到天文学家们用望远镜看到的螺旋状的天体实际上是遥远的星系。
在那之前,人们一直在问银河系是不是宇宙中唯一的星系,就像大海中的孤岛那样。
利用上文提到的造父变星,哈勃发现那些螺旋状天体比我们看到的周围的恒星更加遥远。
对此唯一的解释是,它们是由很多很多恒星组成的更大的天体。
从那时起,人们开始描绘一张天图,它能表现我们周围的大尺度结构在空间上是如何分布的。
和观测宇宙学的很多分支一样,这一新领域一开始发展得非常缓慢,直到20世纪末期才开始加快步伐。
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