在1984年至1992年之间,因心脏衰竭去世的68岁的宇宙学家尼克·凯泽(Nick Kaiser)提出了许多现在被天文学家用来绘制宇宙中暗物质大规模分布的想法。他对星系团和引力光偏转引起的星系形状扭曲的分析是现代宇宙学实验的核心,尤其是最近发射的欧几里得卫星。
凯泽的研究集中在宇宙的大尺度结构上。像我们的银河系这样的星系聚集在密度波动的巨大模式中——超星系团延伸至少1亿光年。所有这些结构可能代表了原始波动的遗迹,这些波动在自身引力的作用下坍塌,产生了星系以及其中的恒星和行星。我们在星系分布的集群中看到了这些模式,但很多证据告诉我们,这些星系嵌入在看不见的潜在暗物质中,暗物质主导着引力,拖着气体,这些气体反过来形成了可见星系的恒星。
凯泽对这一领域的第一个重要贡献是在1984年,当时他解决了有偏差聚类的难题。在80年代早期,由于不同类型的星系聚集的方式不同,人们产生了很大的困惑,每一种星系显然都表明了宇宙不均匀性的不同程度,表明了整体质量分布的不同程度的聚集。凯泽用经典的统计工具来解释这个问题,这些工具是用来分析电话系统中的噪音的。他认为,随机噪声场中的峰值总是比整个场具有更强的相关性,在这种情况下,最高的峰值——暗物质团块——倾向于彼此靠近。通过这种方式,我们现在了解了不同星系的集群是如何与暗物质中一组潜在的团块联系起来的。
一旦人们理解了光和质量之间的偏倚关系,人们仍然强烈希望直接研究暗物质的潜在分布。1987年,凯撒通过利用所谓的“红移空间扭曲”,开发了一种新颖的方法来实现这一目标。这些现象出现在三维星系调查中,因为宇宙膨胀引起的宇宙红移被多普勒频移所改变,这是由于物质团块聚集在一起时产生的“特殊速度”。然后,用来推断到给定星系的距离的明显红移被改变——沿着视线拉伸超星系团的地图。凯泽指出,这种扭曲可以用来测量特殊的速度,从而确定宇宙的总密度。
另一种直接探测暗物质的方法来自引力透镜效应:当背景星系的光通过巨大的前景星系时,它们会发生扭曲。1992年,凯泽发表了一篇关于“弱透镜效应”的分析,考虑了小图像畸变的统计数据,以及它们如何揭示暗物质的影响。
从哈勃望远镜拍摄的丰富的星系团A370的图像中可以看到引力透镜的作用。前景明亮的星系使来自更遥远星系的光偏转,使它们的形状扭曲成引人注目的细长弧线。在更典型的方向上,这种扭曲要小得多:只会使图像拉伸1%左右。但凯泽展示了如何将这种扭曲平均到许多星系中,以探测和绘制引起透镜效应的暗物质。
这项工作远远领先于它的时代,现在它本身就是一个完整的宇宙学领域。许多地面调查和最近的欧几里得卫星天文台都致力于透镜效应和红移空间畸变;为了将凯泽1987年和1992年的愿景变为现实,已经投入了超过10亿美元。
凯撒在技术领域也进行了创新。2000年至2008年期间,他领导了PanSTARRS的开发,这是一架位于夏威夷的巡天望远镜,视野空前广阔。虽然是为宇宙学设计的,但它也为太阳系的研究做出了重要贡献,现在被用作“杀手小行星”早期预警系统的一部分,这些小行星有可能对地球造成灾难性的影响。
尼克在谢菲尔德出生并长大,他的母亲是帕梅拉(本名庞德)和谢菲尔德大学物理学教授汤姆·凯泽(Tom Kaiser)。1978年在利兹大学获得理学士学位后,尼克在剑桥天文研究所攻读博士学位,师从马丁·里斯。
在加利福尼亚和英国进行博士后研究之后,凯泽的职业生涯使他在多伦多的加拿大理论天体物理研究所担任教授(1988年);夏威夷大学(1998年);和école Normale supsamrieure,巴黎(2017)。他被授予皇家学会会员(2008年);和父亲一样,被授予皇家天文学会金质奖章(2017年);并获得了格鲁伯宇宙学奖(2019)。
作为一名热衷运动的运动员,他成为了一名超级跑步者,参加了无数的马拉松、铁人三项和钢铁侠等极限比赛。他对比赛中最有效的能量消耗策略进行了数学分析。
他与佩内洛普·科比特的婚姻以离婚告终。他的妻子莫琳·米勒(Maureen Miller)和他的两个儿子亚历克斯(Alex)和路易斯(Louis)都活了下来。
尼古拉斯·凯泽,宇宙学家,1954年9月15日出生;卒于2023年6月13日