美澳三位科学家分享诺贝尔物理学奖的读后感
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/11/06 04:10:03
美澳三位科学家分享诺贝尔物理学奖的读后感
美澳三位科学家分享诺贝尔物理学奖的读后感
美澳三位科学家分享诺贝尔物理学奖的读后感
宇宙加速膨胀与Ia型超新星起源研究
关于宇宙加速膨胀,让我们从哈勃定律说起.在爱因斯坦广义相对论发表（1916年）的十多年后,哈勃根据对遥远天体的观测发现：星系离我们而去的退行速度v,与其到地球的距离r成正比；即v = H0 r ,这里H0 是哈勃常数.以r 为纵坐标,v为横坐标作图,按照哈勃定律应该得到一条直线,而直线的斜率应为1/H0 .H0可以被粗略地理解为代表宇宙膨胀的相对速率,H0 = v / r = (dr/dt)/r = (dr/r) / dt,它的值约为：0.07/(10亿年).在r v 图上,大的r ,或大的v代表宇宙的过去,而原点附近则代表现在.如果在宇宙的历史上,膨胀的速率发生过变化,则r (v) 直线会发生弯曲.特别是,如果宇宙加速膨胀（即过去的膨胀速率较小,H0 较小）,则在大r附近,斜率1/H0 将逐步有所增大,结果r (v)表现为下凹曲线.
上述关系,体现在观测上,是要作“星体的表观亮度~红移量Z ”的双lg（对数）图.表观亮度 = 发光强度 / r2 ,显然,lg（星体的表观亮度）正比于 - lg（r）,而lg (Z) 正比于lg (v).1998年,两个独立的国际合作天文观测组,基于他们对Ia型超新星的观测研究,得出结论：宇宙或许正在加速膨胀.研究者的证据是：离我们越远的Ia型超新星,看上去比它们应有的亮度更暗；或者说,在高红移Z（即高v）处,Ia型超新星通过其表观亮度定出的距离r,比按照r (v) 直线所预期的要大——r (v)表现为下凹曲线.
有关测量,要求有发光强度固定不变的“标准灯”,这就是Ia型超新星.这类超新星的光变曲线有明显的规律,在爆发后的三星期其发光强度达到最大.此外,还有一些特征（如光谱）可用于对Ia型超新星加以辨认,并且对可能产生的误差做出修正.既然Ia型超新星是我们测量宇宙膨胀速率的标准灯,就有必要对其起源以及爆发过程进行深入的研究.一种有效的方法是仿真模拟.比较公认的模型认为：Ia型超新星是“碳-氧”白矮星的热爆炸事件；要想点燃碳的热核聚变,白矮星事先必须从附近恒星吞食质量（附近恒星外层的氢）,或者通过与另一颗白矮星的融合大大增加质量.最近,来自德国马克斯-普朗克天体物理研究所的Pakmor等,在Nature 周刊上撰文,报告了他们所完成的一个模拟——“等质量白矮星融合引发亚光度Ia型超新星”.
Pakmor等的工作在在光变周期和光谱方面与观察到的情况十分接近,不过发光强度比正常Ia型超新星要弱,只能算是亚光度Ia型超新星.有关专家认为,Pakmor等的工作首次从理论的角度证实：通过白矮星融合引爆Ia型超新星的方案,是可行的.然而,也有令人担心的问题：宇宙加速膨胀的测量结果是基于对Ia型超新星表观亮度的观察,现在Ia型超新星的发光强度分布不均,是否会对加速膨胀的结论产生影响?要回答这个问题,现在为时尚早.为此,对天文学界的要求是,通过更全面的物理机制分析,完善对Ia型超新星的分类；使我们关于宇宙膨胀的研究,用上更为可靠的标准灯.
（戴闻 编译自 Nature 463(2009) :35 和 61）