Alvin 2011-1-18 23:43
以幾何方式驗證遙遠雙星系相對位置
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90年代末期，天文學家發現了震驚科學界的現象：宇宙擴張正在加速。原本，重力應該可以牽制宇宙擴張速度，使擴張漸緩，不知何故，重力卻對這一股使宇宙擴張加速的力量失去牽制，這裡，彷彿有一種使宇宙加速擴張的物質，人們姑且名之：「暗能量」 - 神秘的名字，只代表我們對它所知不多。
因此，普林斯頓大學天文物理學家Michael Strauss說，「關於宇宙，我們有一個非常簡單的概念，並且我們對這個概念至今仍不是很了解，簡單說吧，我們不知道暗能量是什麼，也不知道暗物質是什麼。」。暗物質是個實體物質、神秘、無形、且在宇宙中相當普遍存在，但唯有透過重力所產生的拉力才有辦法認知到它的存在。
那，至於「暗能量」呢？不論暗能量是什麼東西，經過多年測量，如今，可終於有證據證實它的存在了！法國普羅旺斯大學的研究人員，通過一個獨立的測試，可驗證到，宇宙參數對於遙遠星系得以「成雙」出現，其實，是有影響的。這項發現強化證實了暗能量存在的實體證據。該研究已發表在11月25日出刊的「自然」雜誌。
因為宇宙中並沒有明確的距離標誌，要確定一個距離遙遠的物體，真的存在於太空中，是煞費功夫的一件事。天文學家和宇宙學家可以藉由紅移的測量，推斷出恆星或星系的三度空間位置，但這不是由實際測量恆星或星系的距離而得到的，而是由它在一個膨脹的宇宙中「後退了多少」得知的 - 從該物體所發出的光線波長被拉長了多少可以知道。然後，根據一些曲率以及宇宙內容物特性方面的假設，從紅移現象再重建這些天體的位置何在。（空間可以有正曲率，像一個球體的表面，或者曲率是負的，像一個馬鞍面。只有在一個扁平形狀的宇宙中，空間才會遵守所有標準的幾何規則，譬如小學老師?我們的，「三角形的三個內角相加起來正好等於180度」，「平行的兩條直線永遠不會相交」等等。）
近數十年來，研究人員想通了一件事，如果能觀察到，在遙遠的宇宙，物體是呈現著怎樣的球型分佈狀況，那我們就可以運用在該球形上產生的形變來決定整個宇宙的幾何結構和內容物為何。畢竟，只有用正確的參數轉換出來的紅移位置，才能重建出一個球形的分佈狀態。這試驗法是稍早在1979年，由現在任教於哈佛大學史密松天文物理中心的Charles Alcock，和已故普林斯頓大學教授、2007年辭世的Bohdan Paczynski所提出。他們說，「如果你研究的問題是：星系如何分佈，但卻從錯誤的宇宙學觀點出發，你的結果會是扭曲的一團混亂，本來應該是圓形的東西，會呈現扭曲變形。」
在11月發表的最新研究報告中，宇宙學家暨普羅旺斯大學教授Christian Marinoni和其研究生Adeline Buzzi，提議以一種新方法來進行Alcock–Paczynski試驗，特別是針對雙星系的相對位置這方面切入，取材數百個雙星系來加以研究，他說：「從我們在太陽系內的位置看，這些受重力牽制的雙星系，其方向性應該是完全隨機的，反正那些星系也不知道你在那裡觀測它們，所以它只是一些隨機變量」，Strauss說：「設想在一顆球兩側、各有兩個點，沿著球周圍滾動，這樣應該能顯示，雙星系相對於任何觀察者、無論正面、垂直，任何傾斜度的所有取向的可能。」
但是，倘若沒有對於宇宙的結構和形狀加以適當的修正，很明顯的，幾何學和宇宙膨脹，可能可以扭曲這種方向性，雙星系的方向性看起來就會變形，「不修正的話，會導致偏差，因為我們不是用指南針或尺來測量方向性，而是用紅移，而紅移多少是由宇宙如何擴大來定義的」Marinoni表示說。
藉由調整宇宙的幾何結構和暗能量的性質，研究人員得以修正了他們對大局的整體圖像，直到雙星系在各個方向上，都如所預期的、一模一樣確實的兩兩準確配對。有了這些調整，Marinoni 和Buzzi得以證實了目前宇宙模型的兩項原則：1.宇宙是平坦的，2.宇宙是由構成了宇宙大約三分之二的暗能量所主導的，而這些結果，和愛因斯坦有名的宇宙常數概念都相當符合。「本來你看到的是個扭曲的雙星系，但是當你把正確，平坦的宇宙曲率和對的暗能量總量丟進去時，這些雙星的同向性[對稱]馬上就恢復正常了。」
不過，這個針對Alcock–Paczynski試驗的新試驗法，不僅只是點子新穎就夠了，Marinoni和Buzzi還必須把一些討厭的紅移效應給修正處理掉，這些待修正的對象包括，來自銀河系本身的速度因素 - 這是獨立於宇宙膨脹以外的另一項變數，Marinoni將這種修正的程序比擬為，「就像是對一輛行駛在不停擴張中的的一條街道上、正在超速的汽車，要進行測速」；宇宙學家想知道的不只是，車子本身開得多快，還得要知道「街道帶著車輛跑」的那個速度有多快。因為如果不對星系的所謂本動速度（peculiar velocity）做一些修正 - 雙星系看起來會是沿著觀察者的視線方向拉長的。
因此，研究人員取用了來自Sloan Digital巡天計劃的檔案資料，對721個距離近，紅移低的雙星系進行量測，在校正了該星系本身運動速度的數值後，研究人員把數值放在另一個假設：「鄰近星系和宇宙中的遙遠星系，是以同樣方式移動」的前提下。將校準後的數值丟進509顆從DEEP2紅移調查得來的遙遠（高紅移）雙星系中，於是他們得到了，遙遠雙星系真正的方向性資料。
不過，這個關於暗能量的最新假設，目前留下了一段尚未獲確認的空白 - 如果遙遠的星系和鄰近我們的星系，是有著不同的本動速度，研究人員所取得的結果，就可能又是扭曲的了。儘管如此，這仍然是個可以用來觀測令人好奇不已的暗能量的一種新方式，而且，目前它的結果與其他許多現存主流觀點的結果亦吻合。目前看來，情況還頗令人振奮的！不過，測試這回事，永遠不嫌多，仍有待繼續努力！
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