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这是哈勃拍摄的30多个星系!对它们的探测表明,宇宙可能出现问题

宇宙是在膨胀的,这个膨胀的速度是多少,我们又是怎么测算的?大家看这张图片,这是哈佛近30年来拍摄的一组星系,星系是为螺旋星系。这些星系呢有一个共同的特征,它们是1a型超新星和造父变星的速度星星。 1a型超新星和造父变星是用来测量天体距离的标准柔光,所以这些信息它们就是天文家用来测量宇宙膨胀的样本信息。

在1929年,哈勃通过研究24个河外星系的距离与速度时,发现,星系的距离与它们的退行速度存在正比的线性关系,也就是星系的距离与它们的推进速度似乎是在一个恒定的值在增加。用公式来表示呢,就是这个样子, v是退行速度, d是距离,而h则是那个恒定的增加值。我们把这个发现称为哈勃定律。哈勃定律是描述宇宙正在膨胀的一个最为关键的观测性证据。他告诉我们,星系是以其距离成正比的速度在远离地球,也就是距地球越远,其退行的速度就越大,而这个h0呢,则是决定这个退行速度的关键参数,我们把它称之为哈勃常数。

哈勃常数是宇宙本身时空膨胀的一种表现,所以它可以告诉我们一个关键的信息,宇宙正在以什么样的速力在膨胀。所以精确的才来哈佛长寿,对我们理解宇宙的演化极其重要。那么现在我们的哈勃常数主要有两种方法,一种是根据宇宙微波背景辐射的测量,一种则是我们前面看到那些信息利用宇宙距离阶梯的测量。利用距离阶梯通常是以两种天体作为标准,烛光,即造父变星和1a型超新星。造父变星呢,是变形的一个特殊种群。变星就是光度随时间变化的一类恒星,视觉上就是忽明忽暗的那种变化,造父变形的这种变化很规律,具有周期性,且光度与周期还存在正比关系。像我们熟悉的北极星,它就是一类造福变形,它是以四天为一个周期变化的。而1a型超新星则是一类特殊的恒星爆发。

恒星爆发目前的观测表明具有两种触发模式,一种是大质量恒星的核他说,一种则是白矮星的爆发。大质量恒星的和他说,就是我们平常所说的恒星生命末期形成中子星的那种爆发。这种爆发是被称为二型超新星,像距离我们约6500光年的蟹状星云,它就是二型超新星爆发所留的遗迹,其中心便是爆发后所留的一颗快速旋转的中子星。那么1a型超新星指的便是白矮星的爆发,白星袭击白星,或者白矮星与白矮星的碰撞。那么根据这两个标准中光,我们可以精确地测出它们距我们的距离d,然后再根据其所在星系的红移测出它们的速度v,进而计算出哈勃常数。所以通过对这些样本星系的测量,我们最终得到了一个这样的哈勃常数73.04正负一千米每秒。每百万秒差距什么意思呢?这个数字表明,距离地球每增加100万秒,差距就是326万光年,天体的退行速度就会增加73.04公里每秒,那么依照这个速度,距离地球100亿秒差距,天体的退行速度是可达73万公里每秒,这是超光速的存在。

所以精确的测量害怕常数,让我们对宇宙的膨胀是有更直观的认识。不过,前面我们还曾说过,测量哈勃常数有两种方法,一种就是利用这个距离阶梯,还有一种是利用宇宙微波背景辐射。在2013年,普朗克卫星绘制的迄今最为精细的宇宙微波背景辐射图。宇宙微波背景辐射被认为是宇宙大爆炸之后的余晖,它诞生于宇宙刚开始的38万年,所以它携带着有关宇宙演化的重要信息。那么根据普朗克绘制的宇宙微波背景辐射,天下得到的哈勃常数是为67,并且最高不可能超过69。这很奇怪,两种方法得到的数值竟然不同。

按道理呢,不管是以何种方法,我们都应该得到相同的膨胀速率。之前科学家一直认为这可能是观测精度的问题,所以他们在这随着观测精度的提升,这个差异就会越来越小,直至最后趋于相同。可随着不断的观测与不断的积累,这样的差异并没有缩小。这是一个很不好的消息。这样的差异暗示着我们对宇宙演化的了解可能出现了问题,或者遥远太空可能发生了我们无法预料的事儿。天使把哈佛阐述的这种不统一呢称为宇宙学危机,可见问题的严重性。目前他们仍旧在寻求解决途径,想依据第三种测量方法引力波的探测,看计算的数值有没有什么改变。总之呢,哈勃常数的这种不统一暗示着理论与观测上的不符,那是理论认知不足,还是宇宙存在未知因素呢?目前我们还不得而知。

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