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    我国学者在测量类星体几何距离研究方面取得重要进展

    日期 2020-03-05   来源:数理科学部   作者:刘强 王建民  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号:11991050,11873048,11833008,11573026)等项目的资助下,中国科学院高能物理研究所王建民研究员团队发展了一种全新的几何方法,成功测量了类星体3C 273的宇宙学距离。该几何方法不依赖于任何已有的距离阶梯,也不依赖于传统工具必需的消光、红化以及标准化等改正,而且系统误差可通过观测检验,为精确丈量宇宙几何、研究宇宙膨胀速度和历史开辟了一个新途径。相关研究成果以“利用光谱定位和反响映射测量类星体3C 273的距离(A parallax distance to 3C 273 through spectroastrometry and reverberation mapping)”为题,于2020年1月13日在线发表在Nature Astronomy(《自然·天文》) 上。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41550-019-0979-5。

      宇宙学以高精度测量距离为观测基础。传统的距离测量工具以造父变星和Ia型超新星为主。基于造父变星中的周光关系,美国天文学家哈勃在上世纪20年代测量了一批星系的距离,发现宇宙正在膨胀:所有星系正在远离我们而去,且退行速度和星系的距离成正比,这一比例系数被称为哈勃常数。受造父变星的光度限制,该方法能够测量的距离不超过一亿光年。幸运的是,以白矮星质量极限为理论基础,人们发现Ia型超新星可以作为标准烛光测量更远的距离。借助这一方法,天文学家发现了宇宙加速膨胀和暗能量。但随着观测精度提升,传统方法和宇宙微波背景辐射给出的哈勃常数之间出现了高达4.4 的偏离,该偏离被称为“哈勃常数危机”。这一危机意味着要么观测存在未知因素影响,要么宇宙学的标准模型需要修改。在这样一个十字路口,天文学家对高精度新工具的需求日益紧迫。

      王建民团队结合丽江2.4米、美国Bok2.3米望远镜长达十年的反响映射数据和欧洲南方天文台甚大望远镜干涉阵(VLTI/GRAVITY)在近红外波段(空间分辨率10微角秒)的观测数据之间的独立和互补性,通过建模综合分析,直接获得了3C273的角距离为,哈勃常数为。仅仅借助单个类星体的观测数据,哈勃常数测量的统计误差仅有16%,这为解决“哈勃常数危机”提供了新的途径。

      目前,王建民团队和VLTI/GRAVITY团队正在积极协同观测,未来几年内有望将哈勃常数的测量精度提高到2%以上,为解决“哈勃常数危机”提供独立和精确的测量。通过下一代GRAVITY对高红移类星体进行距离测量,将能够直接测量哈勃参量并检验宇宙学模型,开拓我们对暗物质和暗能量以及新物理的认识。

    图1. (a)为欧洲南方天文台甚大望远镜的照片;(b)为云南天文台丽江2.4米望远镜照片;(c)为美国Steward天文台Bok2.3米望远镜照片。

    图2. (a)为反响映射观测得到的连续谱、发射线光变曲线及其拟合结果;(b)为GRAVITY观测得到的发射线轮廓、较差相位曲线及其拟合结果;(c)为拟合得到的3C273距离、宽线区半径和黑洞质量的概率分布。




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