宇宙膨胀得究竟有多快?新的测量结果又要让天文学家吵翻天了

在宇宙的基本构成方面,还有一些未知的奥秘在等待我们去发现。

宇宙膨胀得究竟有多快?新的测量结果又要让天文学家吵翻天了

NGC 1365星系。ESO

宇宙膨胀得究竟有多快?新的测量结果又要让天文学家吵翻天了

NGC 1097星系。ESO

宇宙膨胀得究竟有多快?新的测量结果又要让天文学家吵翻天了

天炉座星系团。ESO

一些天文学家最近借助哈勃太空望远镜和盖娅探测器,对宇宙膨胀的速率进行了迄今为止精度最高的测定。结果再一次显示,临近宇宙的膨胀速率,与根据遥远原初宇宙推算出来的膨胀速率不一致。

这种不一致表明,在宇宙的基本构成方面,还有一些未知的奥秘在等待我们去发现。这些奥秘可能与暗物质和暗能量相互影响的强度有关,也可能与某种更为奇特的东西,比如时空中的未知新粒子有关。

测量邻近宇宙的膨胀速率,依靠的是一把宇宙“标尺”,也就是所谓的“造父变星”。这是一种直接测量法。

“造父变星”是一种能够以极为精确的周期发出脉冲式光的恒星,且它们的明暗周期与它们的固有亮度有着内在的对应关系。因此将它们的固有亮度和我们从地球附近感受到的视觉亮度进行比较,就能够精确地计算出它们的距离。

盖娅和哈勃的合作,极大地提升了测量的精度。哈勃能够提供精确的亮度信息,而盖娅能够提供精确的“视差”数据。“视差”测距是一种古老而有效的距离测算法,能够根据观察者的视角和目标位置的视觉变化,来推算距离。古希腊人正是用这个方法算出了月球和地球间的距离。

而根据遥远的原初宇宙测算宇宙的膨胀速率,指的是测量宇宙微波背景中的细小差异,并进一步推算宇宙的膨胀速率。

这一测量是由欧空局的普朗克卫星进行的。普朗克依照宇宙微波背景,来还原当时宇宙的暗物质和普通物质比例、膨胀轨迹等基本要素。宇宙微波背景中的差异,是由宇宙大爆炸时产生的“大火球”留下的。根据这些蛛丝马迹,可以预测早期宇宙是如何演化到今天,并具有今天我们所知的膨胀速率的。

如果没有出错,这两个测算结果应当是互相符合的。但是实际情况并不是这样。

天文学家根据哈勃和盖娅数据初步测得邻近宇宙宇宙膨胀速率大约为73.5公里/(秒·百万秒差距)。也就是说,每330万光年的宇宙空间,每秒钟会多出73.5公里。而普朗克给出的结果,在今天应当是67公里/(秒·百万秒差距)。

宇宙膨胀的速率又被称为“哈勃常数”。哈勃常数在我们估算宇宙的年龄等方面都起着十分关键的作用。天文学家也正是根据这一常数,推演宇宙的变化,了解宇宙的构成,预测宇宙的命运。测量结果的不一致,几乎可以肯定会让天文学家们再次吵翻天。

宇宙膨胀得究竟有多快?新的测量结果又要让天文学家吵翻天了

普朗克卫星探测到的宇宙微波背景图。ESA

参考:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/hubble-and-gaia-team-up-to-fuel-cosmic-conundrum


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