盘点 2023 年 10 大天文事件

新年第一期,咱们来盘点下去年(2023 年)发生的一些重大天文事件。当然,重大与否没有固定标准,我会结合具体的科学影响(圈内)以及在网络上的热度(圈外)综合选出 10 个个人认为比较重要的事件。对于没有提到的,并不是说它的科学意义不够重大,只能说明我的眼界过于狭隘:)好,先叠个甲,下面我们直接开始。

(事件时间顺序)

   1. M87 黑洞新照片   

自 2019 年首次公布人类第一张黑洞照片的 4 年后,2023 年 4 月,科学家利用先前事件视界望远镜(EHT)的拍摄数据,重新绘制了 M87 星系的中心黑洞图像。这次的图像在借助全新的机器学习算法(PRIMO)的同时,还使用了高保真的黑洞吸积模型作为训练集,最终图像达到了前所未有的分辨率。该项研究成果对深入理解黑洞行为、验证理论模型等具有重要意义。

就在 EHT 新照片公布不久后,科学家又发布了一张 M87 的黑洞照片。虽然这张照片中的黑洞没有 EHT 拍得清晰,但不一样的是,它首次将 M87 的喷流黑洞阴影在同一张照片中拍了出来。这一成果意味着不同类型射电望远镜的协同工作方式,将在今后黑洞研究方面发挥重要作用。

   2. 疑似发现初代恒星踪迹   

作为诞生于宇宙黎明时期的首批恒星,第三星族星一直作为假想天体从未被正式发现过。这些除氢氦以外几乎没有其他元素的大个子恒星,质量通常在几百倍太阳质量以上,所以寿命极短,可能只有几百万甚至是几十万年。出生早加上寿命短,因此这些初代恒星很难被直接观测到。现阶段,我们更多是通过它们存在过的痕迹(比如由初代恒星“碎片”形成的特殊二代恒星)来间接证明它们存在过。

2023 年 6 月,中国科学院国家天文台的研究团队通过郭守敬望远镜(LAMOST)似乎找到了这种传说中的特殊二代恒星(J1010+2358)。它意味着人们或许首次发现了第三星族星存在过的实际证据,并且验证了关于第一代恒星的相关理论。

   3. 首次探测到 nHz 引力波   

如今像 LIGO、Virgo 这样的引力波探测器,通常可以探测恒星级黑洞(包括中子星)等致密天体碰撞产生的引力波。这些引力波的频率一般在 10~10000Hz 之间,属于高频引力波。更大质量的黑洞碰撞(比如星系中心的超大质量黑洞碰撞)或者宇宙早期发生的引力事件(比如一些原初引力波),由它们产生的引力波的波长通常会非常长,甚至可以达到若干光年这个量级,对应的频率则可低至 nHz 级别。无论是 LIGO、Virgo 这样的“地基”引力波探测器,还是建设中的 LISA“太极计划”这样的“天基”引力波探测器,在面对 nHz 这种超低频情况时都将束手无策。要想探测更低频的引力波,那就需要更大尺寸的探测器才行。

脉冲星计时阵列(PTA)是一种通过将多颗脉冲星组成阵列来构建光年尺度引力波探测器的技术。借助这种方式,2023 年 6 月 29 日,中国脉冲星计时阵列(CPTA)、北美纳赫兹引力波天文台(NANOGrav)、欧洲脉冲星计时阵列(EPTA)和澳大利亚帕克斯脉冲星计时阵列(PPTA)四个项目团队各自独立宣布探测到了纳赫兹引力波

对低频引力波的探测在黑洞合并、星系演化以及宇宙早期结构研究方面,都将发挥重要作用。

   4. 欧几里德望远镜成功发射   

2023 年 7 月 1 日,经历了一系列延期的欧几里德望远镜终于被猎鹰 9 号成功送入太空。经过一个月的飞行,如今它已和 JWST 等航天器作伴,一同运行于日地拉格朗日 L2 点。由于这是一台旨在研究暗物质暗能量的望远镜,而物质和能量决定了宇宙的几何形状,于是人们以几何学先驱“欧几里德(Euclid)”作为该望远镜的名字。

通过对不同距离数十亿星系的观察,欧几里得将揭示宇宙在过去 10 亿年是如何演化,包括宇宙中的大尺度结构是如何形成的。借此,天文学家可进一步推断出暗能量和暗物质的特性,从而揭示更多关于它们以及宇宙的奥秘。

   5. 宇宙或许 267 亿岁   

自从 JWST 投入使用以来,关于早期宇宙的研究如雨后春笋般涌现。其中最出人意料的,就是早期那些星系远比我们想象的更加成熟。为了解决星系的“早熟”问题,有科学家提出一种新的模型,它直接将宇宙年龄从 138 亿岁延长到了 267 亿岁!这样一来那些“早熟”的星系一下子就变得“正常”了。

这个直接让宇宙年龄翻倍的观点一经提出就在网上疯传,尤其是结合之前那个“韦伯证实大爆炸不存在”的新闻一同食用,可谓效果拔群。不过如果你找原始论文仔细看下就会发现,作者得出这个结论是建立在两个非常“逆天”的假设之上:一个是让引力常数可变;一个是复活了当年的“光子疲劳”假说

虽然这种为了迎合观测数据而“补丁套补丁”的方式风险非常高,但是这种不局限于旧模型,从另外视角考虑问题的方式,或许能为今后的研究提供一些新的思路。

   6. 首次发现黑洞磁囚禁盘证据   

我们知道,黑洞吃东西一般是先借助自身强大的潮汐力把食物撕碎,然后将这些碎片摆在自己周围形成所谓的“吸积盘”,之后再慢慢享用。这种高速旋转的吸积盘除了会向外辐射出各种射线外,通常还存在着超强的磁场。理论上当吸积盘的磁场足够强时,它甚至可以抗衡黑洞的引力,打断进食过程,让吸积盘中的物质暂停落入黑洞,该现象被称为“磁囚禁盘(MAD)”

不过这一现象此前只是理论预测,并没有在实际中观测到。然而 2023 年 8 月,中国科研团队联合国外团队利用中国的“慧眼”X 射线卫星以及地面望远镜观测数据,首次发现了黑洞周围磁囚禁盘的直接证据。

   7. 在 K2-18b 大气层中发现甲烷、二氧化碳   

研究行星系统和生命起源”是 JWST 的四个首要目标之一。2023 年 9 月,NASA 公布了 JWST 在距离地球 120 光年的一颗名为 K2-18 b 的系外行星大气中发现了甲烷二氧化碳存在的证据。这一发现预示着这颗位于恒星宜居带内、具有 8.6 倍地球质量的亚海王星天体可能拥有着富含氢的大气层,以及被海洋覆盖着的表面。其实之前哈勃望远镜就已经发现了这颗星球的特别之处,JWST 的观测结果则是进一步证实了该发现。

另外,这次 JWST 的观测结果中还提到了一种叫做二甲基硫醚(DMS)的分子。在地球上,这种分子只能由生命产生,比如海洋中的浮游植物。不过这一结果目前存在不确定性,还有待今后进一步的证实。

   8. “贝努”小行星采样成功返回   

自上次日本的“隼鸟 2 号”从小行星“龙宫(162173 Ryugu)”成功采样返回后,2023 年 9 月,美国的首个小行星采样任务也顺利从小行星“贝努(101955 Bennu)”带回了一些“土特产”。OSIRIS-Rex 探测器于 2016 年发射,两年后进入“贝努”的运行轨道。然后又经过两年的近距离观测,探测器选定了采样位置并完成采样。2023 年 9 月,探测器最终顺利带回 250 克的小行星样品。

贝努是一颗直径约 490 米的近地小行星,大约每六年接近地球一次。研究它的目的主要有两方面:一方面,它上面可能保留着 46 亿年前太阳系刚形成时的物质,它也许能为我们提供与生命起源有关的线索;而另一方面,由于贝努的轨道几乎和地球相交,预计在 2182 年它将达到最接近地球的位置,届时的碰撞概率将达到 1/2700。对贝努的轨道和物理特征的研究,也是为日后避免撞击提前做准备。

   9. 首次证实黑洞在旋转   

相较于理论中的静态史瓦西黑洞,现实中的黑洞通常认为是具有角动量的克尔黑洞(旋转黑洞),毕竟绝大多数黑洞的前身都是一颗颗恒星。不过黑洞究竟是不是真的在转,这个事很难找到证据。上次专门说过,吸积盘并不能证明黑洞在旋转,它的旋转方向甚至可以和黑洞自转方向相反。

然而 2023 年 9 月,一项由中国科学家领导的国际合作团队首次证实了黑洞确实存在自转。通过对 M87 中心黑洞历时 22 年的观测数据分析,研究人员发现该黑洞的喷流方向存在一个周期性的摆动。由此推断,这应该是因为黑洞的自转轴吸积盘喷流之间存在一个小小的夹角导致的。然后在参考系拖拽效应下,喷流会绕着黑洞的自转轴做周期性转动,这个进动周期大概是 11 年。这种特殊的摆动说明黑洞附近确实存在参考系拖拽效应,因此也意味着 M87 黑洞确实正在旋转。

10. 疑似发现月球形成的首个实际证据

上世纪 80 年代,科学家在地幔中发现了两块影响地震波传播的巨大结构,被称为“大型低速体(LLVPs)”。之后对这两个巨大“斑块”的起源,科学家提出了各种各样的猜测。然而 2023 年 11 月,一篇发表于《自然》的文章提出了一个更加大胆的全新解释:这两个大家伙可能正是导致月球诞生的“大碰撞”的遗迹。

关于月球的起源,目前主流观点认为是 45 亿年前的一颗名为“忒伊亚”的天体与地球碰撞导致的。虽然现在已有诸多证据支持“大碰撞”假说,但是它们都偏间接证据,不够有力。而这两块大型低速体或许正是“大碰撞”假说的首个实际证据。不过“非同寻常的观点需要非同寻常的证据”,后续仍然需要寻找更多的证据来佐证该观点。

以上就是我个人整理的一些重要事件,如果你觉得还有哪些重大进展没有说到,欢迎留言补充。

参考资料

  • [1] https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acc32d

  • [2] https://www.nature.com/articles/s41586-023-05843-w

  • [3] https://www.nature.com/articles/s41586-023-06028-1

  • [4] https://nanograv.org/news/15yrRelease

  • [5] https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-4527/acdfa5

  • [6] https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid_overview

  • [7] https://academic.oup.com/mnras/article/524/3/3385/7221343

  • [8] https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo4504

  • [9] https://www.nasa.gov/universe/exoplanets/webb-discovers-methane-carbon-dioxide-in-atmosphere-of-k2-18-b/

  • [10] https://www.asteroidmission.org/

  • [11] https://www.nature.com/articles/s41586-023-06479-6

  • [12] https://www.nature.com/articles/s41586-023-06589-1

本文来自微信公众号:Linvo 说宇宙 (ID:linvo001),作者:Linvo

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