在黑洞距离测量中回到“遥远的过去”

以色列特拉维夫大学的哈加伊·内策尔教授开发了一种高精确测量天体距离的方法，黑洞的特性被用于测量遥远天体数十亿光年的距离，内策尔开创了对遥远天体的距离进行测量的独特方法，天文学家得以追溯宇宙更为遥远的过去，他们在多年前的观测中发现，宇宙膨胀的速度比原先的估计要快得多，2011年，一个天文学家小组发现了宇宙的加速膨胀现象，由此获得了诺贝尔物理学奖，然而，怎样在超大尺度上测量宇宙膨胀的加速度？一直是一个悬而未决的科学难题，天文学家面临了大距离天体测量的挑战。

特拉维夫大学的物理学和天文学学院的内策尔教授与中国科学院高能物理研究所的研究员王建民、 杜普、 陈胡以及巴黎天文台的大卫·尔斯-加博博士开展了国际科学合作，他们开发的测量方法有巨大的潜力和极高的准确性，测量的天体距离达到了数十亿光年。国际合作团队应用了特定类型黑洞的特性，这些活跃的黑洞隐藏在星系的中心。通过对非常遥远星系的测量实现了奇妙的“时空转换”，天文学家在非常遥远的星系实际上看到了宇宙年代久远的过去，在距离测量的基础上计算出宇宙在非常年轻时期的膨胀率。

国际合作科学团队的研究成果发表在《物理评论快报》杂志，他们采用的测量方法考虑了被黑洞吞噬的周围物质发出的强烈辐射，气体物质在被黑洞吸入的过程中处于持续的加热状态，受热的气体物质释放了巨量的辐射能，从黑洞视界的周围喷出了罕见的能量，相当于在一个大星系中由1000亿颗恒星释放的总能量的1000倍，黑洞视界以外的能量辐射极为强烈，即使在非常遥远的距离上，天文学家也能够观测到黑洞周围的剧烈辐射。

测量未知的遥远距离是一项技术上的挑战，天文学家在测量天体距离时利用了物理辐射的特性，这是天文测量所依据的基本原理，然而，天文学家以前从未利用过黑洞的特性来测量天体的距离。从黑洞周围释放的能量最终到达了达地球，天文学家通过对到达地球的辐射能量的测量推断出黑洞与地球的距离以及黑洞辐射能量发出的时间。准确性辐射数量的测量取决于黑洞的属性，国际合作团队选取了特定类型的黑洞，它们释放的辐射总量与自身的质量成正比。

长期以来，天文学家在测量黑洞的辐射量时使用了质量测量的方法，合作团队检验了理论的可行性，首先对距离地球较近或仅有几亿光年的黑洞进行了观测，证实了测量方法的可靠性和有效性，合作团队采用的测量方法将被添加到天体距离测量的工具箱，新的方法能够测量的距离更远，对现有超新星“标准烛光”的测量方法是一个有益的补充。

揭示暗能量的属性是现代天文学的一大热点，对非常遥远的天体距离的测量十分关键，可以帮助人们解开宇宙中一些最为神秘的现象，宇宙的年龄大约是140亿年，天文学家深知对遥远天体距离测量的意义，对数十亿光年距离的测量相当于追寻宇宙遥远的过去，从非常遥远的天体接收了光辐射，它们是从非常年轻的宇宙发出的。“暗能量”是最值得关注的宇宙能量，在宇宙学研究中有至关重要的意义，表现为“反重力”特性的暗能量推开了星系之间的距离，它们是宇宙加速膨胀的能量之源。宇宙学研究有物理学的基础，它的终极目标之一是理解暗能量的特性，回答宇宙学中久而未解的谜题，其中包括了在宇宙过去的演变中，暗能量是否保持不变？在宇宙未来的演变中，暗能量是否发生变化？

（编译：2021-4-23）

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