宇宙和生命-第14部分
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程有了从未有过的了解，”研究小组负责人、美国新墨西哥NRAO国家天文台（National Radio Astronomy Observatory）的Chris Carilli说，“这项工作是对星体和黑洞同时形成观点的强有力支持。” 宇宙早期星系中心异常的黑洞，曾有一段时间，许多观点认为黑洞先形成，然后星系围绕黑洞形成，或者是星系和星体先形成，然后是中心超巨型黑洞的演化产生。过去的三年中，科学家认识到这两个过程是互为共生：当气体朝刚刚形成的星系中心移动时，成为黑洞食物的气体云同时也供给新星体形成所需的燃料。该项新研究对一名叫PSS J2322＋1994的类星体进行了观测，结果表明，当气体类星体中心黑洞时，星体也在该黑洞周围形成，速度是每年数百颗。此结果发表在4月3日《科学》杂志网络版上。“该观察有力地支持了这种观点：当大量星体在年轻星系中形成的同时，它们中间的黑洞也吸进额外的物质。”法国巴黎大学太空天体物理研究所的Pierre Cox 说。
天文学家发现形成于宇宙早期的超级黑洞，据《科学》杂志网络版3月24日消息，天文学家们利用最新技术测量了一个距离我们最远的超级黑洞的质量。这个黑洞距离我们130亿光年，位于一个发光星系或者一个称为属于类星体（quasar）的星系的中心。它的质量是太阳的30多亿倍。目前天文学家认为我们宇宙寿命大约为137亿年。按照大爆炸理论，这一发现意味着这个黑洞形成于宇宙大爆炸后仅7亿年左右。这一发现使现在的星系演化理论再次陷入困境，因为它很难解释为什么这个超级黑洞在大爆炸后这么短的时间内能够形成。在类星体中，新发现含有超级黑洞的类星体。级黑洞被旋转的热气体圆盘所包围，这些热气体在以螺旋运动逐渐被黑洞吸收时会发出大量的电磁辐射。黑洞附近发光的氢原子谱线宽度与旋转速度有关。旋转速度越快，氢原子发出的谱线越宽，说明黑洞的质量越大。传统测量黑洞质量的方法就利用了这个原理。但是对于距离我们很远的星系黑洞，这个方法就失效了，因为宇宙的快速膨胀，使氢原子谱线发生红移，原来蓝色的谱线变成了难以观测的红外线。
去年，英国的两位天文学家，爱丁堡（Edinburgh）大学的罗斯。马克路尔（Ross McLure）和牛津大学的麦特。维斯（Matt Jarvis）指出，对于遥远的星系，可以用镁离子发出的此外谱线来代替氢原子谱线测量黑洞质量。他们与加拿大天文学家克利斯。维罗特（Chris Willott）和夏威夷联合天文中心的道克拉斯。皮尔斯（Douglas Pierce）合作，利用这一新技术测量了位于类星体SDSS J1148＋5251 中，迄今已知的最遥远的黑洞，测量表明这一黑洞质量约为太阳质量的30亿倍。这一结果出乎天文学家的意料。天文学家们原来认为超级黑洞是在宇宙演化的漫长岁月中通过吸收周围物质而逐渐变大，他们对发现超级黑洞出现在这么年轻的宇宙感到不可思议。 天文学家认为宇宙在加速扩张，天文学家认为宇宙诞生于大爆炸中，自那以后不断在扩张。直到最近，科学家们还认为宇宙的终结会有两种可能：当宇宙质量超过一定限度时，重心吸引力会使所有的银河系越聚越紧，最后形成一个非常紧密的物质团；当宇宙质量不够大时，宇宙的扩张会永远持续下去，但扩张的速度会越来越慢。但是，在一九九八年，两个不同的研究小组独立地发现：宇宙的扩张在不断地加快。科什那（Kirshner）教授向我们展示的扩张宇宙模型是现代数学不能完美解释的。根据这个模型推算，宇宙由70％暗能量，25％暗物质，5％普通物质（如恒星和行星）构成。而且，宇宙扩张加速开始于仅仅数十亿年前，并不是宇宙诞生之初。
天文学家发现未知力量导致宇宙加速膨胀，宇宙大爆炸后的余辉―宇宙背景微波辐射，美国航空航天局（NASA）2月11日公布了迄今为止所获图像中最佳的一张宇宙婴儿期图像，它包含着令人叹为观止的细节，有可能是近年来最重大科学成就之一。天文学家认为，这张宇宙新照捕捉到的是宇宙大爆炸后的余辉――宇宙背景微波辐射，它是通过NASA威金生微波各向异性探测器（WMAP， Wilkinson Microwave Anisotropy Probe）对整个天空进行12个月的探测所获得。天文学家发现，宇宙大爆炸之后所形成的第一代星体是在大爆炸之后2亿年形成，这要比许多科学家以前预计的要早得多。此外，该新图像把宇宙的年龄定位在137亿年。该研究发现，早期宇宙由4％的原子形态的真实物质、大约23％的看不见的暗物质和约73％的暗能组成；一种未知的外来力量导致宇宙以不断加快的速度膨胀。
很重要的是，该发现与从邻近宇宙中获得的数据中所作出的预测是一致的。从事该研究的天文学家认为，这些新结果是现代宇宙学理论的一个里程碑。斯坦福大学的安德雷。林德曾经提出过一些宇宙膨胀模型，并且这些模型至今还被引用。他一直在期待着这种结果。在接受记者电话采访中，他称此结果“特别让人印象深刻”。他说，在大约20年前当宇宙膨胀的观点首次提出之时，有点象科幻小说。“我们当初并没有期望在我们的有生之年它得到证实，”林德说道，“现在，我们得到了处于膨胀中的宇宙其基本特征与观测数据相吻合的消息。”神秘的宇宙加速膨胀引起科学家极大兴趣，据芝加哥论坛（Chigaco Tribune）8月30日消息，来自芝加哥大学和其它四个研究所的天文学家小组正准备在南极建造一个望远镜以研究宇宙膨胀的奥秘。该小组已经获得国家自然科学基金一千六百六十万美元的资助，预计该望远镜在四年以后正式工作。这个望远镜计划用于研究使宇宙加速膨胀的“暗能量 ”（Dark Energy）。 宇宙学家们认为我们宇宙起源于一次大爆炸，大爆炸使宇宙膨胀。这种膨胀速度应该是匀速的，或者因为星系之间的引力作用而逐渐减慢。然而，宇宙好象故意跟宇宙学家们开了一个天大的玩笑：1998年、2002年两组独立的实验观测结果让科学家们大吃一惊，宇宙膨胀在加速！加速膨胀的宇宙意味着在足够遥远的将来比如几十亿年以后所有的星星，星系和其它的物质将远离我们而去，宇宙将变成巨大的虚空。当然也有很多科学家并不相信这样的结论。
究其原因，可能是我们对引力所知甚少。引力是科学家们研究得最早的一种相互作用，以前一切似乎也很清楚，就是地球上使得“苹果落地”的那种作用力。但是宇宙学家们现在怀疑在宇宙尺度上，引力被某种称为“暗能量”的东西所产生的排斥所抵消，表现出正好相反的特性。用于观测暗能量的望远镜，“我们的确有了反引力，只是在非常大的尺度上。”负责设计和建造暗能量望远镜的加州大学宇宙学中心主任布鲁斯·；文斯坦（Bruce Winstein）说。最奇怪是当宇宙膨胀时，它似乎能不断产生更多的暗能量来推动以加速它的膨胀。“如果暗能量真的占宇宙总质量的７０％，且如现在的理论所估计的那样，那么现在它真的已经开始主宰宇宙中的一切了，” 哈佛 斯密苏年天文物理中心的托尼·；斯塔克说，“它将禁止所有新星系的产生，从现在起星系形成的数量将大为减少。” 然而，实际的观测似乎并非如此，这么多年过去了，新星系的形成仍然非常活跃。
科学家们在南极建造暗能量天文望远镜， 将观测距离我们50到70亿光年的星系团簇。按照现时的宇宙论，那时宇宙的大小只有现在的三分之一左右，那时的星系将迅速形成团簇。当微波辐射穿越这些团簇时，团簇中的尘埃会使辐射波长发生微小的变化，这些变化就告诉了科学家们早期宇宙中星系团簇的数目。暗能量与宇宙学中的另一不解之迷“暗物质”不同，暗物质指的是将旋转星系中的星体维系在一起不分崩离析的那些观测不到的“物质 ”。科学家们通过对星系运动的观测发现，要想让旋转星系中的星体保持在星系中而不离心而去，单靠这些星体之间的“引力”是远远不够的，因此科学家们设想还有一种总质量比那些我们能观察到的星体大的多的神秘的看不见的物质“暗物质”施加了引力。科学家们认为这类暗物 质占宇宙质量的２０％左右，而暗能量则占了约７０％。而我们能够看得见的星体的质量只占10％左右。
宇宙中星系的旋转运动，是长期困惑科学家们的难题之一，而最近发现的宇宙加速膨胀使问题更加复杂： 要维持一个旋转星系的稳定，必须有神秘的“暗物质”施加额外的引力；而要使宇宙加速膨胀，则需要“暗能量”施加超过星系之间引力作用的斥力。造成这种尴尬的原因很可能是科学家们对引力和天体运动规律认识的局限造成的。引力是英国科学家牛顿在前人研究太阳系内行星的运动的基础上提出的。后来物理学家爱因斯坦在广义相对论的框架上予以重新描述。引力虽然成功地描述了太阳系内行星的运动，但是在宇宙大尺度上却没有真正得到过实验的证实。而且美国航空航天局的科学家在多年前就发现，他们发射到太阳系以外的航天器的运动速度比以万有引力计算出的较慢，偏离按照万有引力定律所计算的轨迹。引力也是长期以来使科学家们最头疼的一种相互作用，它的很多性质与其它相互作用力格格不入。太阳系的尺度与宇宙的相比实在太小，把太阳系的观测结果无限外推到宇宙尺度是否可行，令人怀疑。或许这就是背后的原因。设想牛顿先知道现在观测到的星系的运动，而不是太阳系中的行星运动，他也许根本不会提出他的万有引力理论，就是提出也不太可能是今天我们知道的这个理论。来自暗能量望远镜的观测结果或许能为科学家们提供这方面的线索。
现代科学关于宇宙和地球年龄的研究，目前估计宇宙年龄主要有两种方法。第一种方法是测定球状星系中最暗的白矮星的年龄，其基础是目前的星系演化理论。现在科学家认为球状星系是宇宙中最古老的星系，白矮星是星系中最古老的星体，而且越暗淡的白矮星越古老。白矮星是质量与太阳相当但体积仅与地球相当的一种星体，所以其密度是水的一百万倍以上。白矮星由于热辐射发光而逐渐冷却，通过估算白矮星冷却的时间，科学家们可以推断出白矮星的年龄从而估算出宇宙的年龄。从最新哈勃望远镜观测到的白矮星数据，科学家们推断宇宙年龄在130…140亿年之间。另外一种方法是哈勃常数（H0）法，其基础是目前流行的宇宙大爆炸理论。现代天文观测显示我们的宇宙正在膨胀，所以星系之间的距离在逐渐增加。哈勃定律指出星系之间的退行速度（v）和它们之间的距离（d）有一个简单的正比关系，v=H0×；d，假定哈勃常数（H0）不随宇宙年龄而变化，测出了两个星系间的退行速度和距离，1/H0=d/v就给出了自从大爆炸两个星系分开经历的时间，也就是宇宙自大爆炸以来的所经历的时间。目前用这种方法得到的宇宙年龄约为130亿年。但是最近的观测表明宇宙受一种神秘的力量所推动，正在加速膨胀，所以哈勃常数并不是
