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宇宙膨胀速率再传噩耗:多次独立测量依然不能取得一致结果

2020年03月26日 12:50 来源:未知 手机版

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一个物理学危机可能已经比以前变得更严峻。通过观察遥远明亮天体光线的弯曲程度,研究人员发现,计算宇宙膨胀率的不同方法之间要存在着更大的差异。

周三(1月8日),美国天文学会第235次会议在檀香山举行,会议的新闻发布会上,加州大学戴维斯分校的宇宙学家Geoff Chih-Fan Chen说:“这些测量结果都表明宇宙学正在出现一个危机。”

这个危机所指的问题是一个被称为哈勃常数的值。近一个世纪前,美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)发现,宇宙中的每个星系都在以很快的速度远离地球,而且这个速度与该星系和地球的距离成正比,随后,哈勃首次对这个数值进行了计算。

这并不是说地球是宇宙的中心,相反,这一发现告诉科学家,宇宙正在膨胀,而两个天体之间的距离有多远,和它们彼此之间的远离速度有多快有着直接的关系。哈勃常数的数值就包含了这种速度与距离的关系。

但问题是,近年来,不同的团队对这个常数的确切值有着不同的看法。宇宙微波背景(CMB)是当初宇宙大爆炸留下的残余物,它提供了早期宇宙的快照,而利用宇宙微波背景进行的测量表明,哈勃常数是67.4千米/(秒·百万秒差距)。

但是通过观察一种被称为造父变星的脉动变星,另一组天文学家计算出哈勃常数为73.4千米(秒·百万秒差距)。

看起来差异似乎不大,但这两个独立的值之间没有重叠,而且双方都不愿意承认其方法存在重大错误。

而现在,这项由COSMOGRAIL Wellspring (H0LICOW)合作项目的H0透镜进行的新测量,试图以一种全新的方式计算哈勃常数。(COSMOGRAIL是引力透镜宇宙监测的缩写。)

宇宙中,天文学家们有时候会在一个星系后面发现一种被称为类星体的星系,于是乎,类星体的光就会被前面的星系扭曲,这种弯曲过程被称为引力透镜现象,而这种测量方法就是利用了宇宙中大质量天体会扭曲时空结构的这个原理。

H0LiCOW团队使用哈勃太空望远镜研究了6个类星体发出的光,这些类星体距离地球30到65亿光年不等。当类星体中的黑洞吞噬物质时,它们的光会发生闪烁。

Chen说,类星体前面的引力透镜星系会弯曲每一束类星体光线,因此,类星体光线的闪烁到达地球的时间完全取决于它围绕前面星系的路径,而时间延迟的长度也就为我们提供了一种探测宇宙膨胀率的方法。

H0LiCOW团队计算出的哈勃常数为73.3千米/(秒·百万秒差距),与造父变星提供的测量数值非常接近,但与宇宙微波背景辐射的测量值相去甚远。

“这种差异很可能是真实的,”陈说,而且可能不是因为每种方法都出了错。

值得注意的是,去年使用红巨星对哈勃常数进行测量的另一项独立测量结果正好落在了两边之间,计算出的值为69.8千米/(秒·百万秒差距)。

尽管如此,Chen表示,这些不同数字的距离已经够远了,这足以说明我们的宇宙模型可能存在问题。他说,越来越多的物理学家开始承认这一点,因为多个独立测量结果仍然不能达成一致,研究人员可能要提出新的物理学理论才能解释这一个现象。

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