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哈勃望远镜最新证实:宇宙比预期快9%的速度膨胀!

2019.07.03

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美国国家航空航天局(NASA)哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope)的最新测量结果证实:根据宇宙大爆炸后不久观测到的宇宙轨道,宇宙正在以比预期快9%的速度膨胀。2019年4月25日发表在《天体物理学快报》(Astrophysical Journal Letters)上的新测量结果,将这种差异是意外事件的几率从3000分之一降低到了10万分之一,并表明可能需要新的物理学来更好地理解宇宙。这种不匹配一直在增长,现在已经到了一个确实不可能作为侥幸而被忽视的地步。

约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)彭博社(Bloomberg)物理学和天文学杰出教授、诺贝尔奖得主、该项目负责人亚当·里斯(Adam Riess)表示:这不是我们预期的。在这项研究中,Riess和SH0ES(超新星,H0,状态方程)团队分析了邻近星系大麦哲伦云中70颗恒星的光,使用了一种新方法,可以快速捕捉这些恒星的图像,这些恒星被称为造父变星(Cepheid variables),以可预测的速度变亮或变暗,用来测量附近星系间的距离。通常测量恒星的方法非常耗时,哈勃望远镜每90分钟绕地球一周只能观测一颗恒星。

  • 地面望远镜拍摄的大麦哲伦星云,这是我们银河系的一个卫星星系;这张由哈勃太空望远镜拍摄的插图图像显示了散布在矮星系中众多星团之一。图片:NASA, ESA, Adam Riess, and Palomar Digitized Sky Survey

研究人员使用新方法DASH(漂移和位移),将哈勃望远镜作为一个“傻瓜相机”来观察成组的造父变星,从而使研究小组能够在正常情况下只观察一个造父变星所需的时间内观察十多个造父变星。有了这些新数据,里斯和团队能够加强宇宙距离阶梯的基础,这个阶梯用来确定宇宙内部的距离,并计算哈勃常数,一个宇宙随时间膨胀速度的值。该团队将哈勃测量数据与阿劳卡利亚项目(Araucaria Project)的另一组观测数据结合起来和欧洲。这组科学家通过观察一颗恒星经过它的伙伴时,光线变暗来测量大麦哲伦星云的距离。

这些综合测量数据帮助SH0ES团队改进了造父变星的真实亮度。有了这个更精确结果,研究小组就可以“拧紧”其他“距离阶梯”上的“螺栓”。“距离阶梯”利用一种叫做超新星的爆炸恒星向太空深处延伸。随着研究小组的测量变得更加精确,对哈勃常数的计算仍然与欧洲航天局(European Space Agency)普朗克(Planck)卫星对早期宇宙膨胀观测得出的预期值不一致。普朗克卫星是根据宇宙大爆炸38万年后观测到的条件得出。

  • 这幅图显示了天文学家用来计算宇宙随时间膨胀速度的三个基本步骤,这个值叫做哈勃常数。所有步骤都包括建立一个强大的“宇宙距离阶梯”,从测量到附近星系的精确距离开始,然后移动到越来越远的星系。这个“梯子”是一系列不同种类的天体的测量数据,具有固有的亮度,研究人员可以用它来计算距离。图片:NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

这不仅仅是两个实验不一致,我们正在衡量一些根本不同的东西。一个是测量我们今天所看到的宇宙膨胀速度。另一种是基于早期宇宙物理学和测量宇宙膨胀速度的预测。如果这些数值不一致,很有可能在连接两个时代的宇宙学模型中遗漏了一些东西。虽然里斯无法确切解释为什么会存在这种差异,但他和SH0ES团队将继续微调哈勃常数,目标是将不确定性降低到1%。这些最新的测量结果使膨胀率不确定度从2001年的10%下降到2009年的5%,现在在本研究中为1.9%。

博科园-科学科普|研究/来自: 约翰霍普金斯大学

参考期刊文献:《天体物理期学快报

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