随着加速膨胀,宇宙变得更热而非更冷了

11月17日 10:52宇宙膨胀
随着加速膨胀,宇宙变得更热而非更冷了

近一个世纪以来,天文学家们确定,我们的宇宙处于膨胀状态。自20世纪90年代以来,他们就已经了解到,从40亿年前开始,宇宙始终在加速膨胀。

因此,宇宙中的团块和丝状星系的距离越来越远,理论上可知,宇宙的平均温度会随着时间越来越低。

但根据俄亥俄州立大学宇宙学和天体粒子物理中心(CCAPP)领导的研究,实际上宇宙似乎越来越热了。

在探究了过去100亿年宇宙的热历史后,研究团队得出结论,宇宙气态物质的平均温度增加了10多倍,今天达到了约2.2℃。

研究报告《Sunyaev-Zeldovich效应断层扫描法探测宇宙热历史》近日发表在《天体物理学期刊》上。

这项研究由CCAP研究员Yi-Kuan Chiang领导,包括来自卡夫里宇宙物理与数学研究所(Kavli IPMU)、约翰·霍普金斯大学和马克斯·普朗克天体物理研究所的成员。

该团队研究了宇宙大尺度结构(LSS)的热数据——指的是宇宙中最大尺度的星系和物质的热模式,那是暗物质和气体物质引力坍缩的后果。

正如Chiang博士在俄亥俄州立大学新闻发布会上所解释的那样,"我们的测量结果为吉姆·皮布尔斯——2019年诺贝尔物理学奖得主——的开创性工作提供了最直接证据。他提出宇宙中大尺度结构形成的理论。随着宇宙的演化,引力将空间中的暗物质和气体拉到一起,形成星系和星系团。这种拖动是剧烈的——如此剧烈,以至于越来越多的气体被震荡和加热。"

为了测量过去100亿年的热数据,Chiang和同事结合了由欧空局的普朗克红外天文卫星和斯隆数字天空调查(SDSS)的数据。前者是欧洲首个用于测量宇宙微波背景温度的卫星,而SDSS则是大规模的多光谱信息采集数据库,用于创建最详细的宇宙三维地图。

团队将普朗克的8张宇宙热分布图与来自SDSS的200万个光谱红移参考数据交叉相关。结合红移测量值(常规用于确定物体远离我们的速度)和基于光波长的温度估计,该团队将更遥远的气体云(在时间上也更久远)的温度与更靠近地球的气体云进行了比较。

由此能够确认,早期宇宙(大爆炸后约40亿)气体的平均温度比现在低。这是随着时间推移,宇宙结构的引力坍塌造成的,随着宇宙膨胀的不断加速,这种趋势将会持续下去,并且会越来越强烈。

另外,宇宙变暖是因为星系和结构形成的自然过程,与地球上的气候变化无关。

过去,许多天文学家认为,宇宙会随着膨胀而持续冷却,不可避免地导致热寂灭。相比之下,Chiang和他的同事表明,科学家可以通过"测量宇宙的温度"来为宇宙结构的形成演变制定时间表。

基于计算热力学(兰道尔原理)的半科幻论点指出,随着宇宙热寂,超文明将能够用他们的终极计算机计算出生命、宇宙、万物的终极答案。如果没有热寂的话,这种计算制造出的热量足以烧毁整个星系。

另外,如果宇宙随着时间的推移而变得更热,那对生命又意味着什么?或许只有时间能告诉我们答案。

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