心怀宇宙天地宽分享 http://blog.sciencenet.cn/u/陈学雷 国家天文台研究员,从事宇宙学研究

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观测宇宙学的拓荒者——(十)错失类星体

已有 4618 次阅读 2012-2-12 17:07 |个人分类:科学普及|系统分类:人物纪事| 天文, 宇宙


不过,仅仅一个数据点太少了。能否找到更多的高红移星系呢?闵柯夫斯基退休后,一位加州理工学院的射电天文学家汤姆马修斯找到阿伦。他用射电望远镜观测了3C295, 发现它既很明亮看上去又很小,于是他找了一些类似的明亮而小的源,让阿伦观测。阿伦拍摄了一个射电源3C48,发现它落在一个“点源”上,因此被认定是一颗“射电星”而不是射电星系(星系看上去都不是点源而是展源),然而它的光谱却与普通恒星的光谱完全不同,里面的谱线不知道是什么谱线。而且,阿伦发现3C48的亮度在变化,这使他相信这颗“星”不可能是星系,因为星系由于其巨大的尺度,在人类有限的观测时间内其亮度是不会改变的。那么这种奇怪的“射电星”究竟是什么呢?


由于当时并不清楚这个天体是什么,天生比较保守而手头又有许多其它项目的阿伦有三年时间没有发表这颗星的观测结果。阿伦没想到的是,他错过了一个重大的发现。1962年,阿伦的同事施密特观测了另一个射电源3C273的光谱,他一开始也没有认出其中的谱线,但后来他突然意识到那就是氢的光谱,只不过被红移了0.16倍——这在当时可以说算是相当高的红移了。尽管在这样远的距离上,3C273却还可以用小望远镜就能看到,说明它极其明亮!阿伦过去的老师格林斯坦走访施密特时知道了这件事,立刻测量了3C48的光谱,发现其红移高达0.37. 施密特立刻给《自然》杂志投稿报告这一重大发现,格林斯坦把马修斯作为合作者也在同一期杂志上发了一篇文章。


这些天体由于象恒星一样是点源而被称为类星体。由于它具有巨大的发射能量(超过星系)而体积又相当小(从其亮度变化的尺度看只有“光月”大小)而极为神秘,人们一度提出过各种理论解释它们。不过,后来人们逐渐达成共识:这是一些正在吸积物质的巨大黑洞。总之,这是一个极重大的发现,而一直观测3C48的阿伦却错过了这一发现。尽管表面上他还是很冷静,但实际上他非常生气。阿伦桑德奇办公室门上一直贴着的格林斯坦老师的照片被他撕掉了。

3C48是一个点源,底片上的圆盘是仪器分辨率和大气湍流折射造成的

 

不过,阿伦还是在类星体的研究中做出了一个重要的贡献。他觉得等待射电天文学家们一个一个地测出射电源的精确位置未免太慢了。通过以前的观测他知道这些强射电源与普通恒星比颜色都偏蓝,因此他想到也许可以直接通过光学观测的颜色寻找它们。为了检验这一想法,他要来一些3C射电源的粗略位置,然后以此为中心用不同颜色的滤光片拍摄天空的照片,他预期可以从照片上一大堆天体中找出位于中心的那个具有“蓝色超出”的射电源。然而出乎意外的是,在每个区域中他发现了不是一个而是四五个这种蓝色超出的天体。他把这些没有射电发射的天体称为蓝色窜入者,意思是它们不是类星体而是混进来的。但在一次会议上,有人问他“你怎么知道它们就一定不是类星体呢?”阿伦想了一下,回答说他其实不知道,于是他一开完会就赶紧回到帕洛玛山,观测了其中几个目标的光谱。观测光谱要用光谱仪,与拍照片的“成像观测”是两种不同的观测,因此天文上常常先做成像观测,觉得有必要再测目标光谱。阿伦发现它们的红移的确很高。就这样,他发现了“射电宁静”(也就是射电辐射并不强烈的)的类星体,其主要特征就是有蓝色超出。阿罗和鲁特恩(Haro-Luyten)早在1952年就曾发表过一个“蓝星”星表,其中有上千个这样的天体,阿伦认为这些都是类星体。


这些结果1965515发表在一篇论文里,论文被天体物理杂志(ApJ)的主编钱德拉塞卡(Chandrasekha)在投稿当天就直接接受了。而且,尽管论文的正文里并没有提到这些内容,但加州理工学院向新闻媒体发表的消息里这样引用了桑德奇的话,“这些线索指明我们的宇宙是一个起源于‘大爆炸’的有限的封闭系统,同时证明宇宙膨胀速度正在减慢,而且它每隔820 亿年涨落一次。”由于当时宇宙的年龄被认为有130亿年,那么还有620亿年才能到达世界末日。


此时宇宙微波背景辐射刚被威尔逊和彭齐亚斯意外发现,宇宙大爆炸理论引起了所有人的关注。新闻界抓住了这个故事,特别是正式预测宇宙末日的那个部分,纽约时报的头版文章中写道,“这些发现不仅具有哲学与科学的暗示意味,而且不难看出它们将会对我们时代造成影响。文艺复兴时期,对于地球不是宇宙中心的认识,对那个时代富于创造性的天才们产生了深远的影响。如果桑德奇博士对于这些数据的初步解释是正确的,而且宇宙最终将塌陷这种说法可以成立,它也同样会产生巨大的影响。”


但是,阿伦忽略了一个问题,他找到的大量蓝色天体未必都是类星体,其中也有一部分是白矮星。许多天文学家嫉妒帕洛玛山的人,认为他们骄傲自大,又享有特权,比如阿伦的论文竟然未经审稿就发表了,阿伦公布这些结果不够谨慎,更不用说夸张的新闻报道了。在校内,茨维基则一如既往,指责别人(这一次是阿伦)剽窃了他自己的想法——他早就曾指出过存在许多这种蓝色天体。阿伦受到巨大压力,一度几乎想辞职,但系主任最终说服他没有必要辞职。“这是我所上的关于谦虚和骄傲的一课,我永远也不会忘记。” 阿伦重新分析了数据,后来又与阿罗一起进行了新的巡天,证明较暗的蓝色天体大多数确实是类星体。不过,类星体在光度上变化太大,因此并不适合用到哈勃图上作为标准烛光。


渐渐地,阿伦对于媒体的态度发生了转变,早年他乐于接受采访,也为《科学美国人》这样的科普杂志撰稿,然而逐渐地他变得更加内向,不再理睬媒体,也不再撰写科普文章,尽管他承认科学家撰写科普文章对于科学行业来说是非常重要的,也是对公众的一种服务。他认识到,在当时许多问题有很大不确定性,要取得最终占得住脚的成果并非易事,而他不愿就这些不确定的结果反复向媒体和公众进行解释。

 



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