中國天文學家利用新工具在哈勃常數的精確測量領域取得新進展

NGC 4258的多波段數據合成圖
自1929年哈勃提出星系的視向速度與到觀測者的距離之間呈現線性關係(即後來經典的哈勃定律)以來,對哈勃常數的測量始終是天文學研究中最重要的內容之一。哈勃常數,即哈勃關係中的斜率,從它的大小可以直接估算出宇宙的年齡。此外,哈勃常數的獨立精確測量,有助於更好地限定宇宙學常數。然而,源於不同測量者或測量方法之間的系統誤差,對哈勃常數的精確測量並非易事。近日,上海天文台科研人員參與的國際性宇宙學項目組,基於對四個水超盤激微波系統(extragalactic water megaMASER )的長期監測數據,精確測量出哈勃常數,與其它測量方法得到的結果在誤差範圍內一致。

傳統的測量哈勃常數的方法主要依賴於造父變星以及Ia型超新星。儘管相比數十年前而言,不同研究者之間所測得的哈勃常數結果差距已明顯縮小,但為了能更精確地測定哈勃常數,同時也為了檢驗不同測量方法之間的系統誤差,全新的幾何距離測量方法也在不斷地被提出,其中22 GHz水超盤激微波系統的發現為哈勃常數的測量提供了一種全新的可能性。

在該類天體中,在距離河外星系中心超大質量黑洞約一秒差距(parsec,縮寫 pc;一秒差距大約等於三十一兆公里)的吸積盤區域上分佈著大量可以產生22 GHz水超激微波輻射的水分子,並且這些水分子隨著吸積盤圍繞中心超大質量黑洞進行旋轉運動。由於激微波輻射的准直性和輻射放大性,通過甚長基線干涉測量(Very long Baseline Interferometry,簡稱 VLBI)技術,每個激微波斑的空間位置以及視向速度都可以精確的測量出來。

基於對視向速度的測量以及長期監測,可以得到激微波斑到黑洞的物理尺寸。將其與由VLBI測量得到的激微波盤的角尺寸結合,就能得到激微波盤到觀測者的幾何距離;再綜合退行速度,就可以推算出哈勃常數的值。

這種方法並不依賴任何宇宙學模型假設,因此由激微波盤系統所得到的幾何學距離可用於對不同宇宙學模型的檢驗。利用這種方法,NGC 4258成為了首個完成幾何距離測量的激微波系統。 基於對NGC 4258幾何距離測量的成功,由前美國國家射電天文台台長魯國鏞院士等發起倡議、美國國家射電天文台的國際研究團隊於2009年開展了利用河外水超激微波源對哈勃常數進行系統性測量的研究項目。該項目計劃在北天區距離我們50-200Mpc的範圍內搜尋到十個類似NGC 4258的河外水超盤激微波源。若對於每個盤激微波源的幾何距離可以確定到10%的精度,則十個源的結果統計疊加之後可達到3%的精度。

【圖、文:節錄自中國科學院上海天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在已經出版的《天體物理學報》

激微波 ( MASER,中國大陸音譯作:脈澤)是受激放大微波輻射(Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation)的頭字母。它指通過受激輻射放大和必要的反饋,產生同一波寬、准直、相干的微波的過程。

發表迴響