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宇宙又多一个谜!宇宙膨胀速率的新测量方法带来新谜题

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通过使用一天文学家重新测量宇宙膨胀的速度。美国宇航局哈勃太空望远镜的这一修订测量结果立即成为天体物理学中一个有争议的问题的核心,这可能使我们对宇宙的基本性质进行新的解释。

大约一个世纪以前,科学家们知道宇宙正在膨胀,这意味着星系之间的距离每秒都在变大。但是空间扩张的速度有多快?这个名为哈勃常数的值仍然难以捉摸。

现在,芝加哥大学教授Wendy·温迪弗里德曼和她的同事们对现代宇宙的膨胀率进行了新的测量。这个结果表明星系之间的空间超出了科学家们预期的速度。胀。弗里德曼的研究和最近的研究指出。现代宇宙膨胀的结果与欧洲航天局普朗克卫星130亿年前测量的宇宙膨胀数据之间存在差异。

随着越来越多的研究指出预测和观察之间的差异,科学家们正在考虑是否需要提出一个新的宇宙基础物理模型来解释这一现象。

弗里德曼说:“哈勃常数是决定宇宙绝对大小,大小和年龄的宇宙参数;它是我们量化宇宙演化的最直接方式之一。我们之前看到的差异并没有消失,但这个新的证据是否表明我们目前的宇宙学模型存在根本缺陷?目前,这还不确定。“

在《天体物理学杂志》发表的一篇新论文中,弗里德曼和她的团队宣布了一种用恒星称为红巨星来测量哈勃常数的新方法。他们对哈勃望远镜的新观测表明,附近宇宙的膨胀速度略快于70千米/秒/百万秒的间隙(km/s/Mpc)。一秒钟的间隙相当于3.26光年的距离。

该测量值略低于团队最近在哈勃SH0ES中使用造父变星的74km/s/Mpc(超新星H0的状态方程)(造父变星是一个脉冲周期对应于其亮度峰值的恒星)。 )。由约翰斯霍普金斯大学和马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所的亚当里斯领导的这个小组最近报告说,他们通过使用造父变星距离测量技术改进了迄今为止的观测。到目前为止精度最高。

如何衡量宇宙的膨胀速度

测量宇宙膨胀率的主要挑战之一是难以精确计算我们与远处物体之间的距离。

2001年,弗里德曼领导的研究小组利用一颗遥远的恒星对哈勃常数进行了具有里程碑意义的测量。哈勃太空望远镜的主要项目团队使用造父变星作为距离标记来测量该值。他们测量并得出结论,现代宇宙的哈勃常数值为72km/sec/Mpc。

但最近,科学家采取了一种完全不同的方法:他们建立了一个基于宇宙大爆炸留下的涟漪结构(宇宙微波背景)的模型。普朗克卫星测量的结果使科学家们能够预测早期宇宙的膨胀速率如何演变成今天天文学家测量的宇宙膨胀速率。科学家计算的值为67.4km/s/Mpc,与使用造父变星测量的74.0km/s/Mpc显着不同。

天文学家一直在寻找可能导致这种不匹配的任何原因。弗里德曼说:“我们自然会有这样一个问题:这是不同的,因为天文学家对我们测量的恒星仍然有不了解?或者我们的宇宙模型不够完美?还是两者兼而有之?”

为了测试他们的结果,弗里德曼的团队尝试使用完全不同的恒星创建一个完全独立的哈勃恒定测量方法。

当一些恒星结束他们的生命时,他们就会变成一颗被称为红巨星的恒星。这颗恒星非常明亮(我们的太阳将在数十亿年后经历同样的过程),在某些时候,恒星它将经历一场名为闪光的灾难性事件,其温度将升至约1亿度并且结构为星星将被重新排列。最终,亮度大大降低。天文学家可以测量不同星系中此阶段红巨星的表观亮度,然后用这种方法确定它们的距离。

通过比较距离值与目标星系的表观凹陷速度(后退速度是星系移动的速度)来计算哈勃常数。该团队的计算显示,哈勃常数为69.8km/sec/Mpc,正好在普朗克卫星和里斯团队获得的值的中间。

弗里德曼说:“我们最初的想法是,如果造父变星和宇宙微波背景之间存在问题,那么红巨星测量方法可能是一个决定性因素。”

但研究人员表示,尽管红巨方法的测量结果与普朗克卫星的测量结果更接近,但红巨方法的测量结果似乎并不特别偏颇。

美国宇航局计划在20世纪20年代中期发射一种广域红外探测望远镜(WFIRST),这将使天文学家能够更好地探索哈勃常数的价值。 WFIRST具有与哈勃望远镜类似的分辨率,但其视野比哈勃望远镜宽100倍。天文学家将观测到更多新的Ia超新星,造父变星和红巨星。近距离和远距离星系的距离测量。

哈勃太空望远镜是美国宇航局和欧洲航天局(ESA)的国际项目,由马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心和马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所管理。该研究所(STScI)负责哈勃的科学运营(STScI由NASA由华盛顿特区的天文研究大学协会运营)。