大約在四十年前,天文學家們意識到,我們的星系——銀河系,在以比預期快得多的速度在空間當中移動。
銀河系以每小時2.2百萬公里的速度在宇宙中運動,這個速度比巡航客機速度的2500倍還要快;是地球逃逸速度的55倍多;甚至比銀河系本身的逃逸速度還要大0.5倍左右。但形成這種運動的原因卻還是一個謎。
關於宇宙起源的大爆炸理論告訴我們,宇宙中的每一點都應該在飛離另外一點。不過我們兩側的星系應該以相近的速度退行,如果以銀河系為參照系的話,這些星系應該是不會和我們有淨位移產生的。
淨位移可能由附近物質分佈中的星系團(比如一個大規模叢集星系)引起。這類星系團的額外引力會減慢甚至逆轉宇宙在其附近的膨脹。
但是,在銀河系的運動方向上並沒有明顯的這類星系團。雖然在其周圍廣泛存在著超量的星系,在X射線望遠鏡中也觀察到了超量的輻射,但它們看上去都太小,不足以解釋這些結果。
那麼,我們所看到的是一種過高密度的純暗物質?還是說目前關於質量與運動的起源的理論是不正確的?卡內基研究所(Carnegie
Institution)的天文學家艾倫·德雷斯勒(Alan Dressler)認為答案是前者,並將這種尚未發現的高密度物質命名為“巨引力源”(Great Attractor)。
但另一種可能是,目前推測出的尚未發現的高密度物質的位置離煤袋星雲(Coalsack nebula)不是很遠,所以可能它處於銀河系深處,所以比較難以觀測。
隱藏的引力
會不會我們的銀河系在空間中的運動是像一個邊緣旋轉著的盤,旋轉的向心力遮蓋了遙遠的引力源產生的吸引力?會不會存在著一個(相當於10000個仙女座星系的)超大規模的星系叢集,因為其被與銀河系薄盤關聯的星塵層遮蔽而被遺漏了?
考慮到這一點,在90年代末,我們的團隊用位於南威爾士州的創新型的帕克斯望遠鏡(簡稱為帕克斯多波束接收器)進行了觀察。這臺接收機獨具的靈敏度和觀測範圍使我們能夠突破性地對天空進行更靈敏的射電觀測。
這些觀測是透過將接收機調節至所謂的21釐米中性氫氣波譜線完成的。雖然是一條弱的波譜,但僅在“盲”測的情況下,接收機的靈敏度也足以觀察到成千上萬的星系。
此外,在無線電波長範圍內,輻射可以直接透過銀河系的塵埃層,所以在這種情況下銀河系實質上就變得不可見了。
HI帕克斯全天空觀測(The HI Parkes All-Sky Survey, HIPASS)第一次粗略觀測了整個南部天空。事實上,HIPASS是第一個由望遠鏡完成的對銀河系外氫氣波譜段的精細天文觀測。但是,其並沒有在銀河系背後獲得什麼意外的發現。
我們的團隊進行的其他粗略觀測針對的是銀河系本身,透過這些觀測我們只發現了一個稍微具有超密度特性的星系。
但人們認為,還有必要進行更深入的觀察。如果在2億光年的距離內都沒有任何巨引力源物質被發現,現有理論模型(尤其是所謂的λ-冷暗物質模型)才會受到質疑。
因此,我們再次使用帕克斯望遠鏡對我們所處的星系盤和銀河系膨脹背後的宇宙進行了更深層次的觀測。
從我們得到的資料能夠知道什麼
這些工作在2000年代中期完成。由於對銀河系無線電資料的分析格外困難(因為在我們的銀河系中有額外宇宙射線會產生噪音),以及我們團隊的分散,直到去年所有的資料才被全面分析並提交出版。
在五度視角的銀河系圓盤中,我們透過帕克斯觀測共發現了883個星系和銀河系北部兩個小部分的77個星系。這些星系中只有一小部分具有以前發現的光學上的紅移現象可以據此估計它們的距離。
然而當我們審視其他團隊新的紅外觀測資料,再結合我們自己全新和深入的紅外觀測資料(紅外線或熱輻射更容易透過星塵),我們能夠確定近80%星系的恆星類星體。剩下的20%則都太深藏於銀河系中,以任何現有的光學或紅外望遠鏡都還不能進行確認。
這麼多以前被隱藏的星系的發現給我們帶來了很大的興奮。但由於我們並沒有發現巨引力源,那為什麼還會這麼興奮?
可以說那是因為這個問題更加神秘了。我們確實找到了新的星系、星系團和宇宙網路中新的連結點。只是這些還不足以用來解釋我們銀河系的運動,所以什麼是牽引這種運動的“巨引力源”還是一個謎。
我想大多數的興奮是簡單地源於對宇宙有了更多一點的發現,就像早期的探險家在完成空白的南半球地圖時一樣。
進一步的探索
所以,下一步要怎麼走?澳洲的天文學家恰巧處在進一步探索附近宇宙結構和運動的絕佳位置。如在CAASTRO的2MTF無線電觀測中也使用帕克斯望遠鏡來計算星系的距離,且已經有了一些新的發現。
而更妙的是在今年晚些時候會啟動的WALLABY觀測專案。此專案由Baerbel Koribalski博士和我共同主持。我們將會使用新的CSIRO澳洲SKA探路者(ASKAP)望遠鏡。
這會使我們能夠用無線電對宇宙進行大規模的詳細探測,當然也包括了對平方千米陣列望遠鏡(Square KilometreArray, SKA)本身的測試。在光波觀測方面,澳洲天文臺(Australian
Astronomical Observatory)和澳洲國立大學(ANU)也正在領導一個被稱為TAIPAN的新調查,其針對的是更遙遠的區域中的橢圓星系。
理論學家們也在探討我們用來描述宇宙時間-空間的度量是否不再有效,以及在大尺度的測量中,是否還需要對廣義相對論自身進行修改。
但我們對宇宙的研究才起步,宇宙學上的重大改變需要無可辯駁的證據。然而,巨引力源還是一個謎題,而且可能在許多年裡都無法被完全解開。
大約在四十年前,天文學家們意識到,我們的星系——銀河系,在以比預期快得多的速度在空間當中移動。
銀河系以每小時2.2百萬公里的速度在宇宙中運動,這個速度比巡航客機速度的2500倍還要快;是地球逃逸速度的55倍多;甚至比銀河系本身的逃逸速度還要大0.5倍左右。但形成這種運動的原因卻還是一個謎。
關於宇宙起源的大爆炸理論告訴我們,宇宙中的每一點都應該在飛離另外一點。不過我們兩側的星系應該以相近的速度退行,如果以銀河系為參照系的話,這些星系應該是不會和我們有淨位移產生的。
淨位移可能由附近物質分佈中的星系團(比如一個大規模叢集星系)引起。這類星系團的額外引力會減慢甚至逆轉宇宙在其附近的膨脹。
但是,在銀河系的運動方向上並沒有明顯的這類星系團。雖然在其周圍廣泛存在著超量的星系,在X射線望遠鏡中也觀察到了超量的輻射,但它們看上去都太小,不足以解釋這些結果。
那麼,我們所看到的是一種過高密度的純暗物質?還是說目前關於質量與運動的起源的理論是不正確的?卡內基研究所(Carnegie
Institution)的天文學家艾倫·德雷斯勒(Alan Dressler)認為答案是前者,並將這種尚未發現的高密度物質命名為“巨引力源”(Great Attractor)。
但另一種可能是,目前推測出的尚未發現的高密度物質的位置離煤袋星雲(Coalsack nebula)不是很遠,所以可能它處於銀河系深處,所以比較難以觀測。
隱藏的引力
會不會我們的銀河系在空間中的運動是像一個邊緣旋轉著的盤,旋轉的向心力遮蓋了遙遠的引力源產生的吸引力?會不會存在著一個(相當於10000個仙女座星系的)超大規模的星系叢集,因為其被與銀河系薄盤關聯的星塵層遮蔽而被遺漏了?
考慮到這一點,在90年代末,我們的團隊用位於南威爾士州的創新型的帕克斯望遠鏡(簡稱為帕克斯多波束接收器)進行了觀察。這臺接收機獨具的靈敏度和觀測範圍使我們能夠突破性地對天空進行更靈敏的射電觀測。
這些觀測是透過將接收機調節至所謂的21釐米中性氫氣波譜線完成的。雖然是一條弱的波譜,但僅在“盲”測的情況下,接收機的靈敏度也足以觀察到成千上萬的星系。
此外,在無線電波長範圍內,輻射可以直接透過銀河系的塵埃層,所以在這種情況下銀河系實質上就變得不可見了。
HI帕克斯全天空觀測(The HI Parkes All-Sky Survey, HIPASS)第一次粗略觀測了整個南部天空。事實上,HIPASS是第一個由望遠鏡完成的對銀河系外氫氣波譜段的精細天文觀測。但是,其並沒有在銀河系背後獲得什麼意外的發現。
我們的團隊進行的其他粗略觀測針對的是銀河系本身,透過這些觀測我們只發現了一個稍微具有超密度特性的星系。
但人們認為,還有必要進行更深入的觀察。如果在2億光年的距離內都沒有任何巨引力源物質被發現,現有理論模型(尤其是所謂的λ-冷暗物質模型)才會受到質疑。
因此,我們再次使用帕克斯望遠鏡對我們所處的星系盤和銀河系膨脹背後的宇宙進行了更深層次的觀測。
從我們得到的資料能夠知道什麼
這些工作在2000年代中期完成。由於對銀河系無線電資料的分析格外困難(因為在我們的銀河系中有額外宇宙射線會產生噪音),以及我們團隊的分散,直到去年所有的資料才被全面分析並提交出版。
在五度視角的銀河系圓盤中,我們透過帕克斯觀測共發現了883個星系和銀河系北部兩個小部分的77個星系。這些星系中只有一小部分具有以前發現的光學上的紅移現象可以據此估計它們的距離。
然而當我們審視其他團隊新的紅外觀測資料,再結合我們自己全新和深入的紅外觀測資料(紅外線或熱輻射更容易透過星塵),我們能夠確定近80%星系的恆星類星體。剩下的20%則都太深藏於銀河系中,以任何現有的光學或紅外望遠鏡都還不能進行確認。
這麼多以前被隱藏的星系的發現給我們帶來了很大的興奮。但由於我們並沒有發現巨引力源,那為什麼還會這麼興奮?
可以說那是因為這個問題更加神秘了。我們確實找到了新的星系、星系團和宇宙網路中新的連結點。只是這些還不足以用來解釋我們銀河系的運動,所以什麼是牽引這種運動的“巨引力源”還是一個謎。
我想大多數的興奮是簡單地源於對宇宙有了更多一點的發現,就像早期的探險家在完成空白的南半球地圖時一樣。
進一步的探索
所以,下一步要怎麼走?澳洲的天文學家恰巧處在進一步探索附近宇宙結構和運動的絕佳位置。如在CAASTRO的2MTF無線電觀測中也使用帕克斯望遠鏡來計算星系的距離,且已經有了一些新的發現。
而更妙的是在今年晚些時候會啟動的WALLABY觀測專案。此專案由Baerbel Koribalski博士和我共同主持。我們將會使用新的CSIRO澳洲SKA探路者(ASKAP)望遠鏡。
這會使我們能夠用無線電對宇宙進行大規模的詳細探測,當然也包括了對平方千米陣列望遠鏡(Square KilometreArray, SKA)本身的測試。在光波觀測方面,澳洲天文臺(Australian
Astronomical Observatory)和澳洲國立大學(ANU)也正在領導一個被稱為TAIPAN的新調查,其針對的是更遙遠的區域中的橢圓星系。
理論學家們也在探討我們用來描述宇宙時間-空間的度量是否不再有效,以及在大尺度的測量中,是否還需要對廣義相對論自身進行修改。
但我們對宇宙的研究才起步,宇宙學上的重大改變需要無可辯駁的證據。然而,巨引力源還是一個謎題,而且可能在許多年裡都無法被完全解開。