爆發(fā)的宇宙

大爆炸理論的一個重要概念,是我們居住在一個膨脹的宇宙中。隨著空間各點之間距離的增加,遙遠的星系也在忙不迭地彼此疏遠——它們的距離越遠,彼此分開的速度就越快。從1929年埃德溫·哈勃的最初觀測開始,我們已經(jīng)對這種膨脹進行了多次測量。在過去的幾十年中,宇宙學(xué)家用不斷提高的精度,反復(fù)測量著今日宇宙的膨脹速度。事實上,這正是著名的哈勃太空望遠鏡(Hubble Space Telescope, HST)的一個重要任務(wù)。

這些觀測數(shù)據(jù)的出現(xiàn),使宇宙膨脹速度逐漸收斂到一個合理的數(shù)值。但是,兩組天文學(xué)家卻決定再進一步,把目光從我們所處的宇宙角落,擴展到更深邃的領(lǐng)域。他們決定利用遙遠的恒星爆炸(超新星,supernova)來探索過去數(shù)億年間膨脹速度的變化。這些耀眼的超新星在逐漸消失之前,甚至能在一段時間內(nèi)(一個月)超過整個星系所有恒星的亮度。這使得我們能在很遠以外發(fā)現(xiàn)它們,并由此追溯到時間的過去。

天文望遠鏡所收集的光線,要么是從空間某個物體發(fā)出的(例如恒星、星系或者太陽),要么是從物體的表面反射而來的(例如月球或太陽系中的行星)。但無論哪種方式,光都需要一定時間才能從光源出發(fā)到達我們面前:月球表面反射的光需要花費大約1.3秒到達地球,而從太陽出發(fā)的光則需要8分多鐘才能到達地球。也就是說,當(dāng)我們抬頭看月亮?xí)r,看到的其實是1.3秒前的月亮,而我們眼中的太陽則是它8分鐘之前的影像。總體來說,物體離地球越遠,光就需要越長的時間才能到達。因此,我們看到的對象不是它當(dāng)下所具有的形態(tài),而是它過去的樣子。通過觀察宇宙的深處,我們能看到星系在億萬年前的狀態(tài)。1987年,我們觀測到一顆恒星在大麥哲倫星云(Large Magellanic Cloud, LMC,離銀河系最近的星系之一)發(fā)生了爆炸。然而,由于大麥哲倫星云距我們17萬光年,因此實際上這顆恒星在17萬年前就爆炸了,只是我們花了這么長的時間才得到這個消息。

超新星搜索者們尋找的是更遙遠的獵物。他們把注意力集中在一種具有特殊性質(zhì)的超新星上——它們的固有亮度是已知的。由于隨著距離的增加,光源看上去的亮度會下降,因此我們可以通過測量一個已知固有亮度的物體在視野中的明亮程度,來判斷它與我們之間的距離。這一方法使這些超新星成為特有的距離標(biāo)尺,一些在億萬光年以外都清晰可見的標(biāo)志物。對這些距離標(biāo)尺的精確測量,對追溯宇宙膨脹的歷史是至關(guān)重要的。