宇宙加速膨脹 天體謎團有增無減

2012年10月，美國航空航天局斯皮策太空望遠鏡精確計算宇宙加速膨脹的速率：每增加300萬光年的距離，星系遠離地球的速度為每秒增快約74.3公里。（NASA）

2004年2月，美國航空航天局（NASA）發布消息說，95％的宇宙物質和能量為暗物質和暗能量，宇宙的膨脹速度越來越快，星系正在加速遠離銀河系而去。這十年間，科學家觀測到許多驚人的宇宙結構和天文現象，突顯宇宙「大爆炸」等理論的局限性。

文 _ 張秉開

宇宙加速膨脹是1998年兩個科學家團隊——美國勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）與澳大利亞Mount Stromlo天文臺，利用不同的分析技術和不同的高紅移超新星觀測樣本，分別得到相同的結論：「宇宙正在加速膨脹」，而不是「大爆炸」理論認為的減速膨脹。而且，暗能量導致宇宙的加速膨脹。

此後，暗能量的存在及宇宙加速膨脹的證據有宇宙大尺度結構、宇宙微波背景的不均向性、星系團的重子比率、不同時期星系團的形成速度差異等觀測，以及理論上的宇宙物質密度低、「重子聲學振盪」（baryon acoustic oscillations, BAO）模型等。

2011年，發現宇宙加速膨脹的三位主要科學家因科研意義重大而獲得諾貝爾獎。其授獎頌詞中表示，近一個世紀以來，宇宙持續擴張，「但擴張正在加速的發現讓人震驚，如果擴張繼續加速，最後宇宙會變成一片冰封。」

其中諾貝爾獎得主之一布萊恩．施密特（Brian P. Schmidt）自我評述道：「到時，我們的銀河系還會在，並且和一些附近的星系合併，但是其他所有我們今天能看到的宇宙天體都會離我們太遠而無法觀測到。也就是說，除了我們自身所在的星系，所有的星系都將消失。」

科學家推測，隨著時間推移，銀河系將離其他星系越來越遠，抬頭仰望星空，除了我們自己的銀河，將再沒有布滿蒼穹的繁星。（NASA）

努力探索暗物質直接證據

目前，科學界普遍認為宇宙中暗能量占70％左右，暗物質占宇宙25％左右，只有大約5％的可以探測物質構成我們能觀察到的宇宙結構。科學家據此推測，隨著時間推移，銀河系將離其他星系越來越遠，抬頭仰望星空，除了我們自己的銀河，將再沒有布滿蒼穹的繁星，人類用望遠鏡觀察的太空將是一片黑暗。

天文學家發現宇宙星系放射神祕粒子，認為可能是暗物質存在的粒子證據。（NASA）

科學家推測暗物質可能生成一些粒子，比如弱相互作用大質量粒子、軸子、惰性中微子等等，但是至今沒有發現這些推測的粒子。不過據天文信息網站space.com 2014年12月報導，美國加州大學聖塔芭芭拉分校（University of California, Santa Barbara）物理學家哈里．尼爾森（Harry Nelson）認為，探測暗物質就像發現中子那樣需要時間，中子是在提出理論後15年才被證實存在。

2014年12月，歐洲科學家利用歐洲空間局（ESA）的XMM牛頓空間望遠鏡，發現仙女座星系（Andromeda galaxy）、天龍座矮星系（Draco dwarf galaxy）等其他星系或星團發射神祕的光量子蹤影。有可能首次證實暗物質的微觀粒子。

參與研究的荷蘭萊頓大學（Leiden University）的阿列克謝．伯亞斯基（Alexey Boyarsky）博士解釋道，這個發現如果證實正確，那麼就能知道宇宙的暗物質組成，重新認識宇宙的結構。瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的歐萊格．魯查伊斯基（Oleg Ruchayskiy）博士也說，發現的光量子信號完全吻合預測暗物質存在的情況：星系中央的信號強度大而密集；而邊緣的信號弱且稀疏。魯查伊斯基博士說：「如果證實發現是正確的，將為粒子物理開創一個新領域。而且，天文學的發展會進入一個新時代。」

2014年9月，諾貝爾物理學獎得主丁肇中在歐洲核子研究中心宣布，通過探測暗物質相互碰撞可能產生過量的正電子，極可能證明暗物質的存在。丁肇中的研究小組根據國際空間站阿爾法磁譜儀觀測的1090億個電子與反電子的數據，找到暗物質六個證據中的五個：正電子比例上升是從8吉電子伏特（Gev）的能量開始；在速率方面，正電子占電子與正電子總數的比例快速增加；在275吉電子伏特左右停止增長；比例上升的過程較為均衡，沒有明顯的峰值；還有正電子似乎來源於宇宙空間的各個方向，而不是某個特定方向。

丁肇中解釋說，可能花很多時間才能找到證明暗物質的最後一個特徵：正電子的產生率會不會突然下降。

對於暗物質來說，因為它既不吸收也不輻射光線，所以只能用間接方法，如對非暗物質的重力表現間接證實。2010年12月，美國航空航天局公布哈勃空間望遠鏡繪製的巨大星系群Abell 1689的暗物質分布圖。

2010年12月，美國航空航天局公布哈勃空間望遠鏡繪製的巨大星系群Abell 1689的暗物質分布圖。（NASA）

Abell 1689包含1000億個星體的1000個星系。科學家從重力透鏡效應方面，通過哈勃空間望遠鏡記錄距離地球22億光年遠的Abell 1689背後的星系，觀察暗物質扭曲這些背景星系所發光線的情況。之後，根據42個背景星系的135張重力透鏡效應圖，發現星系群的中心區域存在高密度的暗物質。

銀河系謎團不斷增多

2008年，發現銀河系中心存在超大質量黑洞人馬座A*（Sgr A*），質量大約為太陽的450萬倍，這一發現也推導出其他星系中心都存在一個超大質量黑洞。

2008年，發現銀河系中心存在超大質量黑洞人馬座A*（Sgr A*），質量大約為太陽的450萬倍。（維基百科）

2014年10月，美國航空航天局錢德拉X射線望遠鏡觀察到，銀河系中心的超大質量黑洞發生X射線耀斑爆發，爆發強度相當於正常輻射水準的200倍以上。而在2013年9月，該區域出現正常輻射強度400倍的強烈爆發。但是，對銀河系中心存在黑洞及X射線耀斑爆發，科學家無法解釋。

科學家還利用哈勃望遠鏡發現，銀河系中心以時速320萬公里的速度，形成異常明亮的伽瑪射線泡，推測至少有200萬年的年齡。2014年，麻省理工卡夫里天體物理研究所的科學家描述道，伽瑪射線泡有清晰的輪廓，對稱分布在銀河系中心的兩極上，由幾乎均勻的伽瑪射線組成，其名又稱「費米泡」，源2010年費米望遠鏡的觀察結果。但四年來無法找到氣泡來源或根據現有理論解釋。

銀河系存在大量類地行星。2013年，加拿大卑詩大學（UBC）天文學家馬修斯（Jaymie Matthews）認為，在銀河系的100億個行星中，推測類地球行星多達17億個，有相似地球的地表岩石、水、生命跡象等。目前，開普勒太空望遠鏡（Kepler Space Telescope）已證實156顆系外行星，還勘測到3000顆潛在系外行星，需要進一步分析和確認。

銀河系和其他星系的運行方向不是隨機的，而是有規律的指向固定方向，受宇宙自轉影響。2011年，密歇根大學物理天文學家Michael Longo發表研究報告說，宇宙像籃球一樣，是鏡面對稱的。而根據1萬5000多星系的旋轉方向，發現星系的旋轉方向不是隨機現象，一半多星系都是以逆時針的方向旋轉，星系的旋轉方向是受到某種機制的影響和作用，很可能由星系所在的宇宙半球決定。雖然所觀測到的星系樣本數量僅占總星系的7％，但是可以推測整個宇宙也圍繞著一個自轉軸進行旋轉。

有人根據銀河系的自轉軸似乎對準宇宙的自轉軸，推測西方和中國的古老的宇宙中心地球說也許是正確的。

宇宙星系網狀分布 形如大腦

2015年1月，美國麻州哈佛．史密森尼天體物理中心（CfA）的亨利．林（Henry Lin）與亞伯拉罕．勒伯（Abraham Loeb）發現，星系演化和地球城市人口發展有相同的機制，該機制為齊夫定律（Zipf's law）。

美國麻州哈佛．史密森尼天體物理中心（CfA）的亨利．林（Henry Lin）與亞伯拉罕．勒伯（Abraham Loeb）發現，星系演化和地球城市人口發展有相同的機制。（NASA）

林（Henry Lin）與勒伯解釋道：「把人口密度當作基本量，把城市看做一個當人口密度達到某個限度（閾值）之後而形成的物體。」

這個模型從數學和邏輯兩方面，說明地球城市的發展很類似於宇宙星系演化現象。而這種人類城市增長和星系形成具有相同特徵，也許認證中國傳統的「天人合一」思想。

2014年11月，歐洲科學家根據歐洲南方天文臺觀測的93個類星體數據，繪製大尺度的宇宙結構，發現具有高能量黑洞核心的類星體的轉動軸互相平行，相互間的距離達幾十億光年。而且這些類星體在空間中像有巨大空洞的網一樣，不是現有理論認為的均勻分布。類星體構成網絲，網孔幾乎沒有星系的空空如也。

比利時列日大學科學家達門．胡森梅克（Damien Hutsemekers）說：「令我們奇怪的是，這些相距幾十億光年的類星體的運轉軸向竟然互相平行。」

科學家在研究人腦的結構發現，宇宙星系分布和大腦細胞間的組成極其相似。2010年11月，美國斯坦福神經學家採用最新成像技術，模擬人大腦中2000億個神經元的組織結構。大腦細胞之間的通聯結構看上去就是宇宙星系。

令人驚訝的還有，有科學家估計宇宙星體與人類細胞幾乎在一個數量級。2010年12月，美國哈佛大學的科學家查理．康羅伊（Charlie Conroy）認為，按照每人有50萬億個細胞來計算，60億地球人的細胞總數相當於目前發現的宇宙星體的總數。

物理學諾貝爾獎獲得者丁肇中在探索暗物質的研究中，認為人類科學「對宇宙空間知之甚少」。◇