根據(jù)一項近日發(fā)表在《物理評論快報》上的新研究,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽系的速度,似乎比之前認為的快得多,令人感到有點不對勁。下面我們來看看這具體是怎么回事。
要描述太陽系的速度,我們首先就需要找一個合適的參照系,具體是什么呢?實際上,“宇宙微波背景輻射”(CMB)就是一個非常好的參照系,因為它們是宇宙中最早的光,在經(jīng)過漫長的時間之后,現(xiàn)在已經(jīng)非常均勻地彌漫在整個宇宙里。
當(dāng)我們太陽系在這個背景輻射中運動時,我們就會看到,在我們運動方向上的微波背景波長會顯得稍微短那么一點點(藍移),反方向的波長則會長那么一點點(紅移),這種現(xiàn)象被稱為“偶極異向性現(xiàn)象”。
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通過對這種現(xiàn)象的測量,科學(xué)家們之前算出來,太陽系相對于“宇宙微波背景輻射”的運動速度大概是每秒369公里,這個數(shù)值,在過去已得到了大家的普遍認同。
而此次研究其實只是對這個速度的一種驗證,在研究工作中,科學(xué)家并沒有選擇“宇宙微波背景輻射”來作為參照系,而是選擇了射電星系。
所謂射電星系,就是那些在射電波段特別亮的星系,這些星系通常中心都有個超大質(zhì)量黑洞,正在瘋狂吞噬物質(zhì),噴出巨大的射電噴流。之所以選它們,是因為射電波穿透力強,不像可見光那樣容易被銀河系盤面上的塵埃擋住,因此很容易被發(fā)現(xiàn)。
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測速原理來自太陽系運動造成的“頂風(fēng)效應(yīng)”,這種效應(yīng)可以讓我們觀測到前方的射電星系密度略高于后方,通過對其進行測量,就可以計算出太陽系的運動速度。
研究團隊調(diào)用了包括歐洲低頻陣列(LOFAR)在內(nèi)的三個大型射電望遠鏡數(shù)據(jù)集,為了確保萬無一失,他們還開發(fā)了一套全新的統(tǒng)計方法(射電星系往往形狀不規(guī)則,有的甚至分裂成好幾塊,以前的算法很容易把一個星系誤數(shù)成兩個)。
這本來是一個用來驗證已有理論的例行檢查。按理說,用射電星系算出來的速度,應(yīng)該跟用微波背景輻射算出來的速度差不多,頂多有點誤差。
然而研究結(jié)果卻顯示,射電星系分布的這種“頂風(fēng)效應(yīng)”,其強度是預(yù)期理論值的3.7倍!也就是說,如果按此次研究使用的方法,那太陽系的速度,就比之前認為的快得多。
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科學(xué)家表示,在物理學(xué)中,統(tǒng)計顯著性是衡量發(fā)現(xiàn)有效性的標(biāo)準(zhǔn),通常,3個標(biāo)準(zhǔn)差(3σ)被視為“有跡象”,5個標(biāo)準(zhǔn)差(5σ)則意味著統(tǒng)計學(xué)上的確鑿發(fā)現(xiàn),而此次研究已經(jīng)超過了5σ,這就意味著,射電星系所指示的宇宙參考系,與微波背景輻射所指示的參考系,存在著無法調(diào)合的巨大沖突。
如何解釋呢?就目前的情況來看,這個問題暫時還沒有確定的答案。
科學(xué)家推測,也許太陽系并沒有跑那么快,而是射電星系的分布本身就不均勻, 但如果真是這樣的話,那我們的“宇宙學(xué)原理”(在大尺度上,宇宙是處處均勻的)就失效了,而這也就意味著,我們的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型將遭到挑戰(zhàn)。
參考資料:Overdispersed Radio Source Counts and Excess Radio Dipole Detection,2025, Physical Review Letters. DOI: 10.1103/6z32-3zf4
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