爆發(fā)的宇宙

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

這些觀測(cè)數(shù)據(jù)的出現(xiàn),使宇宙膨脹速度逐漸收斂到一個(gè)合理的數(shù)值。但是,兩組天文學(xué)家卻決定再進(jìn)一步,把目光從我們所處的宇宙角落,擴(kuò)展到更深邃的領(lǐng)域。他們決定利用遙遠(yuǎn)的恒星爆炸(超新星,supernova)來(lái)探索過(guò)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(shí)間內(nèi)(一個(gè)月)超過(guò)整個(gè)星系所有恒星的亮度。這使得我們能在很遠(yuǎn)以外發(fā)現(xiàn)它們,并由此追溯到時(shí)間的過(guò)去。

天文望遠(yuǎn)鏡所收集的光線,要么是從空間某個(gè)物體發(fā)出的(例如恒星、星系或者太陽(yáng)),要么是從物體的表面反射而來(lái)的(例如月球或太陽(yáng)系中的行星)。但無(wú)論哪種方式,光都需要一定時(shí)間才能從光源出發(fā)到達(dá)我們面前:月球表面反射的光需要花費(fèi)大約1.3秒到達(dá)地球,而從太陽(yáng)出發(fā)的光則需要8分多鐘才能到達(dá)地球。也就是說(shuō),當(dāng)我們抬頭看月亮?xí)r,看到的其實(shí)是1.3秒前的月亮,而我們眼中的太陽(yáng)則是它8分鐘之前的影像。總體來(lái)說(shuō),物體離地球越遠(yuǎn),光就需要越長(zhǎng)的時(shí)間才能到達(dá)。因此,我們看到的對(duì)象不是它當(dāng)下所具有的形態(tài),而是它過(guò)去的樣子。通過(guò)觀察宇宙的深處,我們能看到星系在億萬(wàn)年前的狀態(tài)。1987年,我們觀測(cè)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(wàn)光年,因此實(shí)際上這顆恒星在17萬(wàn)年前就爆炸了,只是我們花了這么長(zhǎng)的時(shí)間才得到這個(gè)消息。

超新星搜索者們尋找的是更遙遠(yuǎn)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(huì)下降,因此我們可以通過(guò)測(cè)量一個(gè)已知固有亮度的物體在視野中的明亮程度,來(lái)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(wàn)光年以外都清晰可見(jiàn)的標(biāo)志物。對(duì)這些距離標(biāo)尺的精確測(cè)量,對(duì)追溯宇宙膨脹的歷史是至關(guān)重要的。