诺贝尔物理学奖:超新星研究为宇宙学提供新视角

2011年诺贝尔物理学奖于北京时间10月4日揭晓,美国科学家索尔·珀尔马特、拥有美国和澳大利亚双重国籍的科学家布赖恩·施密特以及美国科学家亚当·里斯摘得桂冠。瑞典皇家科学院称,授予这三人奖项的原因是他们在天体物理学方面的卓越研究成果——通过观测遥远的超新星,发现宇宙正在加速膨胀。
瑞典皇家科学院院士评价道,此三人的研究“为人类从整体上研究宇宙提供了新视角,堪称宇宙探索道路上的里程碑”。
“觊觎”星空之人
有些科学家的工作,永远地改变了人们对事物的看法,譬如本届诺贝尔物理奖的三位得主。
索尔·珀尔马特与布赖恩·施密特分别于1988年和1994年开始领导各自的团队从事超新星研究工作,而亚当·里斯乃是施密特团队中的一个重要人物。这两支研究团队不约而同地将观察目标锁定在“Ia型超新星”这种由密度极高、体积极小的白矮星爆炸而成的超新星身上。
超新星爆发,其实就是一颗大质量恒星以轰动的方式走向死亡的过程。而“Ia型超新星”的特性在于,爆发时每颗质量都一致,辐射出的能量和射3线强度也一致,因此在地球上观测“Ia型超新星”亮度的变化,就可以准确推算出它们和地球距离的变化,并据此计算出宇宙膨胀的速度。
这是两支团队进行研究主要原理。不过,用超新星作为衡量标准,有着一系列的挑战:超新星爆发并不频繁,一个星系平均一百年才有一次;而要在浩瀚宇宙中寻找一个遥远微小的超新星光亮,需要对比同一片天域在不同且特定的日期拍下的照片,其中小小光点的差别,就有可能成为一颗超新星的标志;这之后,还需排查干扰项、测量红移和亮度、加入对亮度衰减的考虑以及修正关于这颗超新星的结果;而在不可预测的部分,还包括杳杳暗夜中那颗变暗速度极快的超新星,以及各种观测设备与它的配合。正是以上种种,使得很多人对超新星研究领域持有一种悲观的论调。
不过,成功总是格外眷顾着信念坚定之人——借助当时最先进的望远镜、新型数码感光仪、高性能计算机等等设备,两组团队几乎是在同一时间确认“宇宙正在加速膨胀”这一事实,如今,又是在同一时间分享了问鼎诺奖后的那种——如施密特所说的——激动到“两腿膝盖发软”的欣喜。
更令人欣慰的是,研究的成果和嘉奖来得都不算迟。与以往大多数垂垂老矣的诺贝尔奖获得者相比,这三位科学家有着“年富力强”的共同特点:珀尔马特52岁,现任加州大学伯克利分校和劳伦斯·伯克利国家实验室超新星宇宙研究项目主管;施密特44岁,目前在澳大利亚国立大学主持超新星搜寻小组;里斯是他们三人中最年轻的,42岁,现在是美国约翰·霍普金斯大学教授,并在美国太空探测科学研究所任职。
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