哈勃最新数据进一步确认宇宙在加速膨胀


   2019-04-28 丨 资讯 丨 nasachina  丨  No Comment 丨  333

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十几年以来,两种测量宇宙膨胀速率的关键技术并没有得到一致的结论。通过使用NASA的哈勃太空望远镜,天文学家表示,他们在揭示这种不一致的途中已经越过了一个重要的门槛。最近的研究结果表明,可能需要新理论来解释塑造宇宙的力。

简要回顾:宇宙每时每刻都在膨胀。星系之间的空间正在延伸,就像烤箱里的面团一样。但宇宙的扩张速度有多快?当哈勃望远镜和其他望远镜试图回答这个问题时,它们的观测和科学家的预测出现了一个有趣的差异。

根据宇宙130亿年前的样子,哈勃测量值表明现代宇宙的膨胀率比预期更快。这些早期宇宙的测量数据来自欧洲航天局(ESA)的普朗克卫星(Planck satellite)。这种矛盾已在过去几年的科学论文中得到确认,但尚不清楚是否应该归因于测量技术的不同,或是由“偶然”的测量值引起的。

最新的哈勃数据降低了这种差异来自测量本身的可能性,仅为10万分之一。而不到一年前的估计是三千分之一。这些迄今为止最精确的哈勃测量值表示,可能需要新物理来解释这种差异。

“在早期和晚期宇宙之间的哈勃矛盾可能是几十年来宇宙学中最激动人心的进展,”诺贝尔奖得主、太空望远镜科学研究所(STScI)和约翰霍普金斯大学的首席研究员Adam Riess说, “这种差异一直在增长,现在已经到了一个不可能被视为侥幸的地步。这种不一致不可能偶然发生。”

拧紧“宇宙距离阶梯”上的螺栓

科学家使用“宇宙距离阶梯(cosmic distance ladder,或宇宙距离尺度)”来确定宇宙中天体的距离。这种方法取决于准确测量到附近星系的距离,然后使用它们的恒星作为里程碑标记,再到更远的星系。天文学家使用这些数值,以及星系光通过宇宙拉伸而变得“更红”(注:空间伸展使波长变长,称为宇宙学红移,cosmological redshift)的测量值,来计算宇宙随时间膨胀的速度,称为哈勃常数(Hubble constant)。Riess和他的SH0ES(Supernovae H0 for the Equation of State)团队自2005年以来一直致力于通过哈勃望远镜改进这些距离测量并微调哈勃常数。

在这项新研究中,天文学家使用哈勃望远镜观测了大麦哲伦星云(Large Magellanic Cloud)中70颗称为造父变星(Cepheid)的脉动星(pulsating stars)。通过比较这些造父变星、更远星系中的造父变星、以及更远更亮的Ia型超新星(Type Ia supernovae,当双星系统中的白矮星质量超过上限时出现)的测量结果,这些观测有助于天文学家“重建”距离尺度。Riess的团队从而将哈勃恒常数的不确定性从早先估算的2.2%降低到1.9%。

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