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宇宙学最大谜团的一个极端保守解决方法

宇宙学家们已经运用了他们所掌握的每一种工具来精确测量宇宙膨胀的速度,这一速度被称为“哈勃常数”。但这些测量值却带来矛盾的结果。这些不一致的测量结果让天体物理学家们感到苦恼,也激发人们广泛猜测未知的物理过程是否会导致这种差异。也许暗物质粒子正与行星,恒星和星系的常规物质相互作用。或者也许是一个尚未被探测到的外来粒子,比如所谓的惰性中微子,正在发挥作用。这种可能性就像理论物理学家的想象力一样无限。

爱丁堡大学的宇宙学家,也是宇宙学的领军人物John Peacock做了一项新研究,对这种矛盾结果采取更加保守的观点。研究合著者,也是巴塞罗那大学的一名研究生José Luis Bernal,他表示有可能测量值中没有冲突。例如,在一个望远镜仪器中,一个小麻烦,或者一个被低估的错误,就是哈勃值之间差距的原因。芝加哥大学的一位天文学家温迪·弗里德曼表示,当你做这些测量的时候,需要解释说明所知道的一切,但当然也有可能存在我们不知道的事情。

哈勃常数的确定

弗里德曼是用造父变星来测量哈勃常数的先驱,造父变星都以相同的固有亮度发光。确定这些恒星有多亮,你可以精确地计算出离附近存在这些恒星的星系的距离。测量这些星系远离我们的速度有多快,即哈勃常数。通过“宇宙距离尺度”方式,即利用造父变星的亮度来校准数十亿光年远的超新星亮度,测量星系远离速度方式可以扩展到更遥远的宇宙。

当然,所有这些测量都有不确定性。每个研究小组首先进行原始测量,然后尝试解释单个望远镜的变幻莫测、天体物理的未知数,以及无数其他的不确定性来源,这些不确定性可以让天文学家日夜不休。然后,所有发表的研究都被合并成膨胀速率的单个数字,以及这个数字不确定性的测量。

Peacock认为,在这些计算的任何阶段,未知的错误都可能潜在发生,而这些错误又不会明显到让天文学家发现。他和Bernal用贝叶斯统计法提供了对不同测量值的元分析。它将测量结果分成独立的类,这意味着它们不使用相同的望远镜或具有相同的隐含假设。当新的测量结果出来时,它也可以很容易地更新。确定了误差带,你肯定想以不出现大错的方式结合数据,这也是统计学家多年前提出的明确需求。

Peacock和Bernal考虑了被低估的错误和偏见的可能性,它们可能会系统地造成测量的膨胀速度上下浮动。Peacock打比方表示这与正常的法律程序相反:先认定所有的测量结果都是有罪的,直到被证明清白。把这些不清楚的未知因素都考虑进去,哈勃差异就消失了。

其他研究人员一致认为,可能是普通因素在起作用,而对哈勃常数兴奋一部分是由于渴望在宇宙中寻找新事物。纽约大学的天体物理学家Andrea Macciò表示,他有一种很糟糕的感觉,我们被某种宇宙模型困住了,但不能从最初的原理中理解或解释,结果就会有很多挫折。这促使人们不管证据有多不足,为了新物理学,要考虑到一切可能性。

与此同时,研究人员继续改进他们对哈勃常数的测量值。今天科学预印网站arxiv.org上发表的一篇论文中,研究人员对欧洲航天局盖亚卫星所拍摄的17亿颗恒星进行了测量,以更精确地校准到附近造父变星的距离。然后根据宇宙距离尺度来重新计算哈勃常数的值。利用这些新数据,两项哈勃测量值之间的差异变得更严重了。研究人员估计,这种差异不太可能是由偶然因素造成的。希望能有一个简单的解决方案,但不要太期待它会很快到来。

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来自:红豆居士  > 天文学
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