宇宙膨脹速度到底有多快?天文學家公佈新的估算值!

上個世紀20年代,埃德溫·哈勃提出的哈勃定律成為宇宙膨脹理論的基礎,用公式表述為:v=H0D。其中,v 是由紅移現象測得的星系退行速率,H0是哈勃常數,D是星系與觀察者之間的距離。

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注:2018年10月國際天文聯合會決定將哈勃定律更名為哈勃–勒梅特定律,以紀念更早發現宇宙膨脹的比利時天文學家喬治·勒梅特。

經過近一個世紀的驗證與研究,宇宙膨脹的觀念已經深入人心。然而,有一個問題卻讓天文學家焦頭爛額——宇宙膨脹速度到底有多快?要知道,天文學家利用不同方法對宇宙膨脹速度進行估測,得出的結果卻存在超出測量誤差範圍的差異。

宇宙膨脹速度一般用哈勃常數來表徵,而估算哈勃常數的方法最常見的有兩種。

其一,用造父變星和Ia型超新星作為標準燭光測定星系的距離,再結合紅移現象測得的星系退行速率,用哈勃定律推算出哈勃常數。2016年,天文學家分析了哈勃太空望遠鏡對19個星系中的造父變星和Ia型超新星的觀測數據,以前所未有的精度計算出哈勃常數為73.23 ± 1.74千米/(秒·百萬秒差距)。

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其二,利用大爆炸的餘暉,即宇宙微波背景輻射中微妙的起伏,推算宇宙膨脹速率,得到哈勃常數的數值。目前對宇宙微波背景輻射最精確的觀測來自普朗克衛星。根據普朗克衛星的觀測數據計算出的哈勃常數為66.93 ± 0.62 千米/(秒·百萬秒差距)。

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令人頭疼的是,這兩種方法各自都有著可靠的理論基礎,但得到的結果卻存在超過8%的差異,已經超出測量誤差範圍。這意味著,我們目前對宇宙膨脹的認識可能存在一些問題。對此,天文學家一直爭論不休。

近日,一項發佈在《皇家天文學會月刊》上的研究採用另外一種新方法對哈勃常數做出估算。這種方法是基於對受到引力透鏡效應作用的類星體的觀測進行的。

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類星體發出的光線在經過星系團時會被扭曲,使得這些光線以不同的路徑到達我們,產生一個時間差。研究人員據此可推算出哈勃常數。在這項新研究中,哈勃常數的估算值約為72.5千米/(秒·百萬秒差距),與之前用造父變星和Ia型超新星估測的值接近。

那麼,為何用宇宙微波背景輻射推算的哈勃常數會更低呢?現在還不得而知。不論如何,我們對宇宙膨脹的認識肯定存在進一步改進之處。


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