一種全新的計算宇宙膨脹速度的方法,能拯救宇宙理論的崩潰麼

我們可以用的方法來測量宇宙膨脹,在一堆爭議,這可能是今天宇宙學最令人興奮的事情。

一種全新的計算宇宙膨脹速度的方法,能拯救宇宙理論的崩潰麼

宇宙正在膨脹,科學家對最遠(目前人類探測能力極限值)可探測的電磁輻射的測量可以預測膨脹率的一個值,但從較近物體收集的測量結果顯示了不同的值。如果這些值真的是不相容的,這可能表明目前用來描述宇宙演化的宏偉理論已經崩潰。現在,一組科學家對他們發明的一種新方法感到興奮,這種方法不太依賴於人類對宇宙如何運作的假設。

"我們的方法對宇宙模型的選擇不敏感,"來自馬克斯·普朗克天體物理學研究所的第一作者Inh Jee告訴小編,”這正是我們真正想要強調的。“

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20世紀20年代,埃德溫·哈勃說服天文學家,遙遠的天體正在遠離我們,但它們的後退速度,即哈勃常數,一直是爭論的話題。新的望遠鏡帶來了新的觀測結果,就像普朗克衛星觀測到的那樣,它確定哈勃常數等於每秒67.4公里每百萬秒差距,這意味著在每326萬光年的距離內(稱為兆帕),物體似乎正以每小時67.4公里的速度相互移動。但是,基於來自附近更多光源的大量屬性的觀測顯示,膨脹速度的其他值總是較大。

物理學家們現在爭論這些值是否確實更大,如果是的話,是否是由於他們計算這些天體的距離的方式存在問題,還是這確實是未被發現的物理現象的標誌。《量子》雜誌最近一篇優秀的文章總結了這個故事及其戲劇性。

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問題主要取決於測量事物距離的難度。科學家通常依靠具有已知亮度的天體,稱為“標準蠟燭”——更亮,它們更靠近,更暗,它們離得更遠。這些物體包括某些超新星和恆星,它們閃爍的速度取決於它們的亮度。科學家也可能依靠所謂的“標準標尺”,這些天體的大小是已知的,其距離可以根據它們在天空中的大或小來計算。

Jee解釋說,測量哈勃常數的一個小組正在使用其中一種“尺子”方法來確定距離,現在改進了它,使其較少依賴於人類的假設。此方法計算遠天體的半徑(稱為引力透鏡),並將其用作標尺;根據發表在《科學》雜誌上的論文,該標尺可以幫助提供精確獲得“標準蠟燭”超新星的距離。

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當看著像星系一樣的巨大物體時,你會看到它周圍有多張明亮天體的圖像,因為它的巨大引力像透鏡一樣扭曲光(因此被稱為"引力透鏡")。有時,背景對象甚至出現環狀扭曲。如果背景對象閃爍,則其每個圖像可能在不同的時間閃爍,具體取決於彎曲的光傳輸的距離。科學家還可以測量在這些遙遠星系中運行的恆星的速度,從而揭示銀河系的引力潛力和質量。結合這些信息,他們計算距離透鏡星系和它的大小。

然後,研究人員可以使用透鏡星系作為“標準標尺”和“校準器”來計算某些超新星(傳統上用來確定哈勃常數的超新星)的絕對距離。這使他們能夠以較少依賴人類對宇宙中暗物質和暗能量存在多少的假設的方式計算常數。

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通過他們的新方法,研究人員僅根據兩個物體計算出宇宙膨脹的值。他們得出了非常高的82.4公里每秒百萬秒差距,但統計誤差如此之大,以至於還不值得考慮。畢竟,這項研究只是一個試驗。

約翰·霍普金斯大學天文學家、哈勃恆定測量小組的負責人亞當·里斯(Adam Reiss)在一封電子郵件中告訴小編,“結果不是決定性的,但是,很高興看到人們尋找替代方法,所以支持。”

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昆士蘭大學的澳大利亞天體物理學家塔馬拉戴維斯(tamara davis)在科學評論中寫道,消除對假設的依賴“在試圖找出不同技術之間差異的根源時非常重要”。

在確定哈勃常數時有很多不同的方法,無論是使用“標準蠟燭”和“標準標尺”,還是使用碰撞中子星(儘管我們實際上需要探測到更多的碰撞中子星才能工作)。

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jee告訴小編,該團隊計劃很快減少他們的實驗誤差,並使用他們的方法通過測量更多的透鏡和透鏡內恆星的運動來確定到恆星的距離。

哈勃常數的討論對物理學家來說將繼續具有重要意義,因為它代表了我們最成功的宇宙理論崩潰的地方—— 一個提出新思想和新實驗的地方,揭示宇宙是如何真正起運作的。


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