宇宙起源或破解 科學家千米地下尋找暗物質

這張照片拍攝於2012年7月31日，由斯坦福實驗室提供。展示的是工作人員正在LUX實驗設施的頂部開展工作。如果一切順利的話，該項實驗獲得的結果或將幫助解答長期以來困擾人們的有關宇宙及其起源的謎團


11月23日消息，據國外媒體報道，科學家們正計劃在美國南達科他州一座廢棄的金礦內開展暗物質的探測。近期他們表示這項構思精妙的實驗項目已經接近准備就緒，預計明年2月份便可以開始投入觀測工作。

這項被認為是全世界迄今靈敏度最高的暗物質探測實驗被安排在距離地表下方將近1英裡的深處，位於一個灌滿7萬加侖(約合264立方米)水的水池之中。這樣做是為了最大限度的將可能造成乾擾的宇宙射線粒子屏蔽在外，從而提昇對潛在暗物質粒子的探測靈敏度。科學家們周一表示，如果一切順利的話，該項實驗獲得的結果或將幫助解答長期以來困擾人們的有關宇宙及其起源的謎團。

哈利·尼爾森(Harry Nelson)是美國加州大學生芭芭拉分校的一位物理學教授，同時也是這項被稱作“大型地下氙實驗”(LUX)的項目的首席科學家。他說：“我們可能會有令人興奮的發現。我們所在的這一領域的一項殘酷現實便是做什麼都很貴，因此我們只能選擇做那些我們認為是最為重要的實驗。”

此次進行的這項實驗同樣不便宜，其耗資高達1000萬美元。但是就和今年早些時候在瑞士的科學家們發現有“上帝粒子”之稱的希格斯玻色子一樣，發現暗物質粒子的消息同樣將會震動整個科學界。

由於它們具有引力效應，科學家們得以知道暗物質的存在。然而和傳統意義上的物質或反物質不同，到目前為止人們還未能實際探測到它們。整個宇宙中常規物質大約僅佔到4%左右，暗物質則佔了宇宙組成的大約25%。宇宙中剩餘的大部分空缺由暗能量填充，這是另外一個巨大的謎團。

在南達科他州開展的這項研究工作可以追溯到2003年，當時科學家們在這裡的Homestake金礦開展的實驗取得了很好的成果。科學家們隨後提出了需求，終於在今年7月份，在多年的經費籌措和謀劃之後，LUX探測器被送進了這裡的“斯坦福地下研究設施”，這一研究站位於地下4850英尺(約合1478米)深處。這裡是一個廢棄的礦井，1876年淘金熱時這裡曾經是礦工們通行的巷道。工作人員們花費兩天時間纔將這座電話亭般大小的探測器安放到位。在這裡，探測器被進一步和宇宙射線隔絕開來。它被置入一個大型超潔淨水池之中。

傑裡米·莫克(Jeremy Mock)是加州大學戴維斯分校的一名研究生，他已經在LUX實驗項目上工作超過5年時間。他說：“建設的階段已經接近尾聲，現在開始進入調試階段，這就意味著我們開始在地下對系統進行操作了。”

這個地下儲水池尺寸巨大，高20英尺(約合6.1米)，直徑25英尺(約合7.6米)。將精密的探測器緩緩的降至水池底部的過程花費了整整兩個月的時間。科學家們目前正在努力完成最後的管路鋪設工作，以便讓探測器中的氙保持盡可能高的純度。在探測器內部充滿了液態的和氣態的氙，這些氙會被不斷地進行循環，並通過一臺淨化器進行淨化，非常像病人進行血液透析治療的過程。科學家們這樣做是為了盡最大可能消除氙中的雜質以便提昇探測精度。

尼爾森介紹說，去除水和氙中的雜質可以幫助排除可能造成假警報的乾擾信號源。從而提昇對暗物質探測的靈敏度。他將這一實驗比作夏洛克·福爾摩斯的破案方法——排除已知，尋求未知。他說：“一旦開始取得數據，我們還將需要一到兩個月的時間纔能將探測器的精度提昇至‘最靈敏’級別。”在那之後，科學家們期盼著能開始看到一些他們最希望看到的東西：某些未知的東西。

首幅宇宙青春期地圖 一窺奧秘

（路透倫敦13日電）國際天文學家團隊製作出首張110億年前的宇宙地圖，描繪出大爆炸和之後、宇宙極速擴張之前的景況。

這份刊登於期刊「天文與天體物理學」（Astronomy & Astrophysics）的研究顯示，大爆炸後約30億年期間，宇宙擴張速度開始減慢，之後所謂的「暗能量」出現，加速拉大了星系間的距離。

研究宇宙背景輻射中的餘暉，及宇宙數十億年來加速擴張後，科學家已相當了解大爆炸後當下的景況。藉由研究遙遠星系移動的方式，可以知道宇宙加速擴張。

研究作者之一，英國朴茨茅斯大學（Universityof Portsmouth）的皮耶里（Mat Pieri）說：「我們現在才看到宇宙的青春期…它進入快速成長之前的情形。」

天文學家對暗能量和暗物質所知不多，但主張這種力量必然存在，才能解釋宇宙當前擴張的速度。據信宇宙組成有96%是暗能量與暗物質。

這份新研究支持暗能量在宇宙擴張之際，在某種情況下產生的說法。他們的方法是詳細研究引力贏得這場角力並減緩宇宙擴張速度的那一段時期。

皮耶里說：「如果我們把宇宙想作雲霄飛車，那麼現在正處於下坡極速俯衝的階段。」

他說：「我們的新測量方式，顯示出宇宙約在爬坡階段、引力減慢擴張時的情形。」中央社（翻譯）

http://hk.news.yahoo.com/%E9%A6%96%E5%B9%85%E5%AE%87%E5%AE%99%E9%9D%92%E6%98%A5%E6%9C%9F%E5%9C%B0%E5%9C%96-%E7%AA%BA%E5%A5%A7%E7%A7%98-045300983.html

最新研究推翻原有理論 太陽起源再一度成謎

哈勃空間望遠鏡眼中壯觀的獵戶座大星雲，這是一個活躍的恆星新生區


據美國國家地理網站報道，近期利用最新的3D電腦技術進行的一項模擬結果給了天文學家們當頭一棒，讓有關我們太陽系起源最有希望的理論突然之間變得搖搖欲墜。太陽系究竟起源於何方？這個問題再次成為一個難解的謎團。

一般認為像太陽這樣的恆星是和其它恆星一起形成的。這些恆星一起形成的星團或星群或逐漸擴散開去，此時恆星之間的距離會隨之增大，但是也有一些恆星之間的距離反而變得更加接近。而很顯然的，我們的太陽是單個的恆星，因此天文學家們推測太陽的起源有兩種可能：要麼是形成於星群之中，之後被踢了出去；要麼是它在大約45億年前和它最初的伙伴們逐漸因自然擴散而分離了。

梅西耶67(M67)是一個直徑約100光年的星團，天文學家們研究之後認為這裡正是當年太陽誕生的地方。這個星團中的恆星不但在大小，溫度和化學成分等方面和太陽非常相似，並且它離開太陽的距離相對而言也不遠，僅有約2900光年。

然而針對這一星團的最新研究結果卻顯示，有關太陽起源於M67星團的說法可能是站不住腳的。計算機模擬顯示，如果要想把太陽這樣一顆恆星“踢出去”，並運動到今天所處的位置上，這一星團中必須至少有2~3顆大質量恆星排成一個恰到好處的角度，構成一個巨大的星際彈弓，但是這樣的情況極其罕見。

即便不考慮這樣的情況的出現是多麼罕見，即使真的出現了，這種強大的彈射力量也將讓圍繞著太陽的原始行星系分崩離析而絕無可能保留下來。芭芭拉·皮切多(Barbara Pichardo)是墨西哥國立自治大學的天體物理學家，她說：“當發生這種引力不穩定事件，行星盤將會蒸發，既有的行星將獲得能量並被彈射出去。”

宇宙“爆米花”

分佈在我們銀河系中的2000~4000億顆恆星，究其根本，均起源於早已爆發毀滅的遠古恆星留下的原始材料——塵埃和氣體雲以及其中豐富的化學元素。當這些雲團在重力作用下自然塌縮，恆星便可能形成。在這些大批量形成的恆星中，那些具有基本相同或相似化學成分的恆星一般而言傾向於形成於同一時期的同一片雲團區域。皮切多說：“這就像是爆米花。你加熱良久，然後聽見‘呯！呯！呯！’的聲音，恆星誕生了！”

為了尋找太陽當年的孿生兄弟姐妹，天文學家們使用光譜分析法，對恆星發出的光進行分析，這樣可以了解其年齡和化學成分，並將此數據與太陽的情況進行對比。到目前為止，天文學家們在相對接近太陽的周圍空間只找到了兩顆可能的候選恆星——天文學家們在所有可能的候選恆星數據庫中進行檢索，最終在距離太陽 325光年的距離內鎖定兩顆符合條件的恆星。

根據數據庫檢索結果，距離最近，並且包含類太陽恆星的星團是M67。

不過這一星團距離似乎顯得太過遙遠，並且其年齡也相對年輕了些。但一開始天文學家們並未將此視作一個非常嚴重的問題。因此皮切多和她的同事們開展了一項歷時一年的3D計算機模擬實驗，以期獲得新的證據來證明太陽起源於這一星團的結論。

排除原有星團理論

此項模擬結果給出了詳細的銀河系模型，其旋臂結構甚至銀暈和神秘的暗物質結構。在模擬中小組還考慮了M67和太陽本身所顯示出了上下震蕩運動 ——這是所有圍繞銀心運行的天體都顯示出的運動形式，其原因是由於和周遭其它天體之間存在的相互引力作用。研究小組的目標清晰：那就是重現過去45億年間太陽走過的歷程，重現當年M67和太陽之間的相互作用。

皮切多說：“我們以為自己可以觀察到M67和太陽存在於同一位置的時刻，但是我們並未觀察到這樣的現象。”關鍵的一點在於：太陽目前正以大約每小時 10.8萬公裡的速度遠離M67星團。皮切多和她的小組進行的模擬結果顯示，在恰當的時間，在恰當的地點，太陽曾經被M67彈射的幾率是非常非常不可能的。如果要達成這樣一次彈射，太陽的運動速度應當達到每小時20.9萬公裡，這將難以確保太陽系的安然無恙。

皮切多說：“在這一速度值下，如果行星沒有被彈射出去，至少它們的軌道將會受到嚴重擾動而無法保持近圓形。而軌道的近圓形正是地球成為宜居行星的條件之一，也是為什麼我們能夠生存與此的條件之一。”如果地球的軌道偏心率比現在大得多，也就是說變得更加“扁”的話，當地球接近近日點時溫度就會太高，而當接近遠日點時溫度又會太低，從而無法確保生命的生存。

天體物理學家侏裡奧·納瓦羅(Julio Navarro)來自加拿大維多利亞大學，他本人並未參與此項研究，他評價說“這項研究讓我們對M67作為太陽起源地的理論產生懷疑”。與此同時，儘管納瓦羅認為確實需要進行更多的模擬實驗來獲得確鑿的數據，但是他同時也指出這項最新的工作對於現有理論體系已經顯示了巨大的殺傷力。

只要對太陽和M67星團的運動情況進行詳細調查就能得到重要結果，因為一般而言，恆星被從星團中彈射出去以後將一直保持其最初的運動狀態，和將它彈射出去的星團的運動狀態保持一致。納瓦羅指出：“M67的垂向運動比太陽要大5倍。這是一個嚴重的問題，M67的運動顯然太過激烈了。”他說：“這樣的情況下，你很難讓人相信太陽怎麼可能起源於這樣一個星團之中。”

搜尋更多類太陽恆星

隨著M67作為太陽最初起源地的理論被掃進垃圾堆，現在天文學家們還剩下幾種不同的方案可供選擇。其中一種理論認為太陽當年誕生的星群後來已經完全擴散消失而無跡可尋了。另一種理論則認為太陽起源於更加靠近銀河系中心的位置，只是後來才向外側遷移的，因為在更靠近銀心的位置似乎存在較多的類太陽恆星。

然而，要想判定任何一種理論假說的真偽，天文學家們仍需要更多更詳細的恆星星表和化學組分信息。瑞典烏普薩拉大學恆星物理學家本哥特·古斯塔森 (Bengt Gustafsson)說：“你可以開始進行系統性的搜尋工作，找出太陽當年的孿生兄妹。一旦你真的找到了它們，你或許就可以確定它們的起源。”

目前人類最詳細最全面的星表是上世紀90年代由歐空局(ESA)發射的“伊巴谷”衛星獲取的，包括恆星的位置以及化學組成等信息。歐空局正准備在明年發射一顆更加先進的測量衛星“蓋亞”(Gaia)，它將記錄並編制一份包含數十億顆恆星信息的迄今最全面的星表，其中約4000萬顆恆星位於距離地球 1000光年的范圍之內，這一距離足夠靠近，天文學家們將有能力測量出它們的化學組成信息。

加拿大維多利亞大學的納瓦羅說：“不幸的是，我們至少還需要等上5年才能獲得蓋亞衛星的星表數據。但是從原則上來說，我們應當去努力搜尋更多的類太陽恆星，並在此過程中逐漸逼近我們所追尋問題的答案。”

http://tech.sina.com.cn/geo/space/news/2012-01-29/09191072.shtml