一箭双雕!新方法同时揭秘宇宙第一代星系和暗物质

7月7日,国际学术期刊《自然·天文》在线发表了一项关于宇宙第一代星系和暗物质研究的最新成果。
我国天文学家提出了一个新颖的统计解决方案,通过测量21厘米森林的一
【千问解读】
科技日报记者陆成宽
宇宙中第一代星系是怎样形成的?它们如何照亮黑暗时代并迎来宇宙黎明?宇宙早期的星系介质是如何被第一代星系电离并加热的?这些问题一直是天文学家致力于解答的重大科学难题。
7月7日,国际学术期刊《自然·天文》在线发表了一项关于宇宙第一代星系和暗物质研究的最新成果。
我国天文学家提出了一个新颖的统计解决方案,通过测量21厘米森林的一维功率谱,未来的平方公里阵列射电望远镜(SKA)将能够同时揭秘宇宙第一代星系和暗物质的性质。

探测到21厘米森林一直面临极大挑战
宇宙中存在大量的中性氢气体,这些气体中的氢原子,在基态能级超精细结构之间的跃迁,会产生电磁波波长为21厘米的线辐射,也就是中性氢21厘米线。
中性氢21厘米线为天文学家探索宇宙提供了巨大的机遇,是研究宇宙结构和演化的强有力工具。
“中性氢21厘米线为探测宇宙黎明与第一代星系提供了独一无二的手段,同时,利用中性氢21厘米谱线探测宇宙黎明与再电离也是平方公里阵列射电望远镜最重要的科学目标之一。
”论文共同通讯作者、中科院国家天文台研究员陈学雷说。
事实上,中性氢的21厘米信号有多种观测模式。
常见的观测模式是以宇宙微波背景辐射为背景源的21厘米信号测量。
同时,宇宙早期各种结构及其周围的氢原子气体会在高红移射电点源的光谱上产生密集的21厘米吸收线。
“这些吸收线丛,被天文学家形象地称为21厘米森林。
”陈学雷说,多年来,探测到21厘米森林一直面临极大挑战。
“主要原因有两方面:一是21厘米森林信号微弱,并且探测它所依赖的宇宙黎明时期的射电亮源难以获取;二是21厘米森林信号同时受到第一代星系加热效应和暗物质性质的影响,我们观测上很难区分这两种效应,这就使得21厘米森林探测在提出以来的二十多年中,难以实际用于限制第一代星系的加热效应或暗物质的性质。
”论文共同通讯作者、中科院国家天文台副研究员徐怡冬解释。
在这项研究中,我国天文学家深入研究了过去鲜有论及的21厘米森林,并提出了一种原创性的统计测量方案,使得21厘米森林不仅能够限制宇宙第一代星系的性质,还可以同时测量暗物质粒子的质量。
近年来,已经有一批高红移射电噪的类星体被发现,而且平方公里阵列射电望远镜也进入了工程建设阶段,开展21厘米森林观测已迫在眉睫。
解开暗物质和第一代星系形成奥秘的新方法
“我们意识到由第一代星系的加热效应和温暗物质引起的信号变化,在光谱上的尺度分布特征存在明显不同,通过一维功率谱分析,未来可以从统计上区分这两种效应。
”徐怡冬介绍,“而且,如果对同一段光谱的两次测量做互相关,也能够显著压低噪声,从而提高信噪比。
这也能提高21厘米森林这种弱信号的提取效率。
”
模拟结果显示,一维交叉功率谱测量显著提高了观测的灵敏度,同时,一维功率谱的幅度和形状特征使得信号的尺度依赖性显现出来。
这使探测21厘米森林变得切实可行,且能够同时测量暗物质粒子质量和宇宙黎明时期的热历史。
“因此,21厘米森林的一维功率谱确实可以成为一箭双雕的宇宙学探针,为揭开暗物质和第一代星系之谜提供了一种极有前景的新途径。
”论文共同通讯作者、东北大学教授张鑫强调。
此次,徐怡冬和张鑫还应邀为《自然·天文》专门撰写了介绍性短文。
加拿大圆周理论物理研究所教授凯瑟琳·麦克在《自然·天文》评论道:“这项研究提出了一种有趣的方法,利用21厘米森林功率谱同时限制两种现象:宇宙X射线对星系际介质的加热以及温暗物质的可能效应。
虽然以前的研究已经检查了21厘米森林作为星系际介质探针的可能性,但将温暗物质效应作为一个独立信号包含进来,则为未来的观测提供了一个新的科学目标。
”
《自然·天文》的编辑团队也针对这项研究发表了评论:“我们宇宙的最远处总是极为神秘,由于被尘埃、吸收光的原子和中间介质中的气体阻挡而很难直接观测。
这项研究将吸收转化为一种优势,利用它打破了其他方法所遭遇的不同效应的简并,并可用于阐明早期宇宙的结构形成。
”
研究人员表示,这一突破性方法的发展对于解开暗物质和宇宙早期天体形成的奥秘具有重要意义,将进一步推动我们对暗物质的理解,揭示宇宙结构形成及演化的过程。
通过更深入的观测和分析,我们有望在不久的将来获得关于暗物质性质和早期星系形成的更多见解,进一步拓展我们对宇宙的认知。
(国家天文台供图)
(来源:科技日报)
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明朝海军能否打败同时期的西班牙无敌舰队?可能会惨败
大多都是内河的船舰,因此,根本不具备远洋作战的能力。
洪武七年,成立远海巡防舰队,尽管起到一定的抗倭作用;但是,这支舰队的主要的功能仍然是巡逻,只能说是一些海警,无法称之为海军。
巡防队最远到达的地方是琉球群岛,足见其航行能力有限。
王日根先生引用日本国王对的回信推断当时明朝的海军对日本这种近邻都不具备作战能力。
永乐年间,明朝海军实力大幅度提升,多次下西洋,最远达到东非。
第一次下西洋,更是带着二千七百多人一同出发,十分壮观。
根据罗荣邦的介绍,永乐期间的明朝船只共有三千五百艘,其中二千七百艘都与维持海洋秩序有关。
在二千七百多艘船只中,一半是战船,另外一半是巡逻船只。
与此同时,每年组织春巡和夏巡,维护明朝海洋疆域的稳定。
并且,明朝还在马六甲等地建有海军基地。
永乐死后,尽管明朝海军后来装备了多门大炮,但是明朝海军影响力处于不断衰落的状况。
尽管明朝海军可谓称雄于太平洋东海岸,但是,我们认为它仍然不敌西班牙的无敌舰队。
西班牙的无敌舰队是16世纪后期的海上舰队。
这支舰队共有上千只船只,士兵上万。
配备有3000多门大炮。
光大炮这一点就远远超过了明朝的海军大炮装备数量。
大炮质量上来看,徐光曾感叹中国红夷大炮不仅造价高,耗时长,而且质量低劣。
最为可悲的是,火药发明者已经变成了火器复制者。
至于航行距离,15世纪已经发现新大陆。
16世纪初期,麦哲伦更是完成了环球旅行,可见此时欧洲船只已经非常坚固,具备了长年海上航行的能力。
在船只的坚固程度,船员的航行技术,大炮装配率与质量等等方面,无敌舰队显然都在明朝海军之上。
更为关键的是,、启蒙运动,科学知识的大爆炸使得此时的欧洲人对于宇宙、海洋的了解程度已经逐步领先于世界。
最先开眼看世界的欧洲人,注定领先于世界其它领域。
直到今天,欧美等国依然称雄于世界。
如若两只舰队相遇,不出意外,明朝海军将惨败。
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罗马帝国和同时期的汉朝有什么不同?一个武官治国一个文官治国
政治上,两大帝国都建立了大一统的中央集权政权,实行君主制。
不过与中国的家天下制度,皇帝传承依照基于血缘而制定的礼法制度不同,罗马皇帝的传承并不局限于依靠家族血统继承,还有很多非血缘关系的人继承,比如内亲、养子,甚至是皇帝信任的朋友,致使皇帝传承的地位和稳定性远不及中国。
为什么罗马的皇位继承没有章法,帝国政治运行混乱?这是因,一方面有元老院制衡了皇权,罗马皇帝并没有中国皇帝“君权天授”的意识形态,另一方面是太过强大的军方力量所致。
从公元前27年到公元395年,罗马帝国还未分为东西罗马帝国的四百年历史里,可知大多帝王都是最高的军事统帅,无论是靠着血统上位的,还是民众拥戴上位的,其军事成就非同一般,更不用说像如奥古斯都、图拉真、戴克里先、君士坦丁等这样著名的帝王。
可见,军事对罗马政治的影响非常大。
从中国的历史来看,在打天下、国家建立之初,会倚重军事,皇帝也出自军事领袖。
但到守天下时,皇权的基石逐渐转变为官僚政治体系,军队退居二线,起守家卫国的做用,很少能直接干扰政治,干预皇位继承。
不过,在繁荣几百年的罗马帝国里,军事力量对政治的干预一直如影随形,军事权力不仅没受政治权力的压制,甚至还强力掣肘着政治,正因如此,帝国内部动荡纷争不断。
而动荡纷争的大量内耗,严重削弱了罗马帝国乃至文明体系的实力,最终也促使了罗马帝国的迅速衰亡。
是什么原因导致罗马帝国的政治结构中,军事权力一揽独大的地位?云石君将从地缘环境来分析。
罗马帝国很强大,其势力范围囊括了几乎整个环地中海板块,并向东、北嵌入到西亚、中欧、西欧等地。
地中海板块有宜居的气候条件,罗马人深耕于此,并在能力范围内突破海洋等天然地缘屏障,进而将整个环地中海板块有机整合在一起,共同缔造了庞大的罗马帝国。
而在能力范围之外,阿尔卑斯山的高山阻隔,意大利本部很难辐射到中欧、西欧等地。
加上意大利半岛本身的体量和规模并不大,致使内部各板块间地缘关系不太紧密,边缘板块有独立的空间,这就加大了罗马帝国大一统的难度。
对内治理边缘板块上,因其地缘结构的独立性,以及地缘距离的相对遥远,使得意大利本部须高度放权,授予地方罗马官员更多的自主权力。
而在这些边缘板块的蛮族、异族人口规模大,罗马须高度依赖军事他们来控制,并从中收取赋税,获得财富乃至奴隶,所以当地的罗马政治结构,是以军事为中心构建。
罗马负责管理各边缘板块的官员,兼并社会治理、暴力打击和镇压威慑职能,而地方最高官员总督有明显军事统帅性质,以及极高的自主权。
对外进击和防御上,同样也要赋予地方总督更强的军事自主性。
罗马帝国疆土辽阔,而阿尔卑斯山、地中海等地缘阻断作用,严重影响了中枢与边缘板块的交流。
在,国家防御上,只有赋予地方总督极大的军事自主权,才能最大限度避免因交流不畅而带来大到的危险,来维护帝国的统一和利益。
地方总督有大量的军队,高度的自主权,对意大利本部来说也是一种威胁。
一旦地方有一个足够强大的总督,有意愿夺取中枢控制权,完全可以以自身军事力量为依托行此之事。
而和国时代末期两个著名的罗马独裁者马略和苏拉,都是军事统帅出身,通过对异族的大规模战争,掌握了大量精锐的军队,然后以此为依托,夺取了罗马政权,成为独裁者。
而罗马又没有建立像中国这样牢固的礼法纲常体系,把这一类定义为乱丞贼子,“名不正言不顺”。
罗马的地缘环境,决定了它在边缘板块的军事力量配备必须强大,而且自主性也必须很高。
就算是在帝国稳定繁荣时期,军阀也会出现。
而有强大军阀实力者的野心直指权力顶端,边帅也成为了罗马政治的一部分。
如果一旦边帅篡位成为了常态化,大规模内战对国家和文明的内耗。
罗马就算家底再丰厚,国力再强大,也会有被掏空的那一天。
这种情况下,在政治规则和礼法纲常层面默认边帅篡位的行为反而利害较小。
毕竟,边帅要得不过是帝国的首脑的头衔,并没有背叛帝国、毁灭帝国和文明的企图。
在体制内给他们设计出一套上位潜规则——只要你确实有这份实力,你的夺权行为,就可以得到理解和默认。
大家都按这套潜规则行事,尽量缩小矛盾和冲突范围,不危及到社会层面,导致国家陷入周期性大规模灾难即可。
再则,罗马的利益获取方式,也决定了人民可以接受边帅夺权。
对于主要聚居于意大利半岛的罗马人来说,他们的财富收益大多是通过贸易交换或是武力征服各边缘板块和异族而得,农耕收益只占一小部分,这意味着罗马人的利益获取模式,主要是靠外部流入到罗马本部,而不是意大利半岛本土自我生产的模式。
而军事力量是确保外部资源流入意大利半岛,大量财富流入罗马人口袋的非常重要且直接的方式。
军队通过征服和占领边缘板块,将大量财富上交到坐享其成的罗马人手中。
军队通过对外掠夺,金银、物资、女人、奴隶直接回流到意大利半岛和罗马城,罗马人获利丰厚。
既然罗马人的利益链更多的是来自边缘板块的军队,那么,罗马人对取得巨大军事成功的边帅的好感度自然也会提升,对边帅的个人威望的默认度也会提升。
正是如此,为边帅攫取最高权力奠定了坚实的民意基础。
著名的大帝便是通过在高卢的巨大成功,为自己铺平了入主罗马城的道路,并成为万民心中伟大英雄。
总之,因特殊的地缘环境所致,罗马帝国需要依赖边缘板块对内治理和和对外防御进击,而作为边缘板块的军事统帅,既有自己强大的军队,又享有高度自主权。
同时,罗马人的利益主要是靠边缘板块的军人提供,于是,罗马帝国也形成一套有利于边帅夺权的潜规则,民意基础条件良好。
而边帅的优势反过来影响了罗马中枢,甚至皇权的确立。
而这又对想长久统治帝国的帝王提出了要求。
首先,在强力军事权力影响下,出身军队或是在军队有过历练,并取得过一定军事成绩在位帝王,才能能有效掌握军事力量,防止自己的威望被其他边帅超越。
其次,皇位继承选拔的主要标准是任人唯贤,而非任人唯亲。
对于有过军队阅历,并在军中有威望,有成绩的继承人才是最佳的候选人,如果继承人是血缘至亲,但是因没有军人背景,边帅军阀也就有很大可能揭竿而起。
这也是传统西方文明和华夏文明很明显的区别。
正是因罗马帝国的特殊地缘环境,使得其政治,乃至皇权延续都高度受军事影响。
不过,这个地缘结构看上去不甚紧密一体的帝国,因政治对军事的妥协和忍让,最大限度的降低了结构性内耗的负面影响,从而利于铸就国家和文明的辉煌。
公元395年,罗马皇帝狄奥多西将帝国,传给两个儿子,分裂为西罗马帝国和东罗马帝国,结束了罗马帝国的大一统。
那么,是什么导致辉煌四百多年后的罗马帝国走向分裂呢? 随机文章楼兰遗址为什么不能去,极其危险千万别去(天价门票3500元)鬼生活在几维空间,公认说法为四维空间的生物就是鬼/未证实太阳系为什么只有地球有生命,地球特殊进化过程使生命诞生最详海水涨潮退潮时间表,教你如何计算潮水涨退时间间谍卫星能找到人么,美最先进卫星可看清胡子/本拉登即是卫星找到迷案在线 mazx.cn本站内容大多收集于互联网,内容仅供娱乐,并不代表本站观点,如果本站内容侵犯了您的权益,敬请联系网站管理员,我们将尽快回复您,谢谢合作!