@ 2018.07.31 , 10:00

我们对哈勃常数的测量结果不一致

我们对哈勃常数的测量结果不一致
Credit:123RF

目前为止,天文学家得到了宇宙膨胀速率最精确的测量值——而且,它似乎仍在加速扩张。

宇宙膨胀得越来越快倒是没有震惊到我们,毕竟天文学家已经这么怀疑它相当一段时间了。这次测量的问题在于,它前所未有地提高了测量精度,但依然与通过背景微波辐射得来的数据不相一致,这意味着我们真的需要一些聪明的奇思妙想来给出一个解释。

经过六年的测量,通过以一种巧妙的方式来使用NASA的哈勃望远镜,天文学家计算出了我们宇宙的扩张速度,只有2.3%的测量不确定度。

我们知道空间在扩大。推动空间膨胀的背后,无论它可能是什么,都有一个数字量化的指标——哈勃常数。

正如您所料,如果我们使用不同的仪器来测量这个常数,就会得到略微不同的答案。大多数人倾向于承认宇宙膨胀的加速度超过70 km / s / Mpc(Mpc表示百万秒差距,大约为300万光年,常数的意思,即在每增加300万光年的距离上,星系远离地球的速度增大70千米每秒)。

但是有一件测量工具会产生极其显著的不同结果。通过分析宇宙微波背景辐射——138亿年前宇宙诞生时的残留下来的回音——普朗克卫星的得出哈勃常数值为67.80±0.77(km/s)/Mpc。

这点误差似乎没什么大不了,但足以令天文学家驻足沉思,眉头拧在一起。

“天文学界正在努力消化这种差异。”最新研究的主要负责人,来自约翰霍普金斯大学太空望远镜科学研究所(STScI)的Adam Riess说。

诺贝尔奖得主布莱恩·施密特和尼古拉斯·桑特泽夫在20世纪90年代得出的结论是宇宙的扩张并没有结束,而是逐渐消减。

像哈勃望远镜和普朗克卫星那样的结果只能证实宇宙在遥远的过去经历过加速扩张。

不过,物理学家和天文学家不喜欢 “可能”这种字眼。所以他们寻求更多方法来提升测量的准确性,希望它们要么最终表现出一致性,要么揭示出被我们忽略的重要信息。

Riess带队研究了哈勃太空望远镜对造父变星的观测数据。

就像来自超新星的光一样,造父变星的也被认为足够可靠,可以当作一把银河系级的标尺——我们可以肯定的是,较暗的恒星离得更远,而不仅仅是亮度更低。

研究人员首先在我们已知的星系中研究了造父变星,以改善天体表观亮度和距离的相关性数据。

现有数据仅基于地球外300至1600光年之间的少数造父变星。

这个团队认为他们可以做得更好,因此他们想出了一种方法将哈勃望远镜的观测距离推到极限并收集距离6000到12000光年的造父变星的信息。

为了衡量它们的确切距离,科学家参考了地球围绕太阳移动时的位置变化。为了让您了解视差变化的样子,想象一下,确定150公里外的一粒沙子的直径。

他们通过每六个月一次的,对所有目标天体位置进行的测量,用了四年时间来完成这疯狂的壮举。

“你能做得就是测量两颗恒星之间的距离,不是一次,而是数千次,这就减少了测量误差。”Riess说。

他们在遥远的星系中寻找造父变星,然后凭借有关造父变星的数据,得出了一个接近73.45±1.66 km / s / Mpc的数字,将哈勃常数的不确定性降低到2.3%。

Riess现在计划收集另外50颗造父变星的数据并进一步提高精度。

这使得不同仪器测量间的差异更不可能是纯属偶然。有些事情正在发生。

是暗能量的神秘力量吗?有必要改变我们对宇宙形状的看法的么?存在一种被称为暗辐射的神秘的物理形式?

伙计们,现在就下注吧。因为物理学即将变得更加怪异。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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