银河系可能位于一个巨大的气泡内


银河系可能位于一个巨大的气泡内

整个银河系可能位于一个巨大的气泡内

一篇引人入胜的新论文提出一个新的推想:我们整个银河系可能位于一个巨大的气泡内,在该气泡中,物质的密度远低于其他地方。如果这一理论获得证实,那就意味着我们的银河系与宇宙的其余部分有很大的不同,它有可能解决天体物理学领域迫在眉睫的巨大问题。

瑞士日内瓦大学物理学家卢卡斯·隆伯里瑟在《物理学快报B》上概述了这一理论,它是为了调和当代物理学中的一个严重分歧:物理学家会根据他们如何计算宇宙的膨胀率而得到两个不同的答案。基本上,如果根据宇宙背景辐射来计算,则宇宙的膨胀率要比依据遥远超新星的数据小约10%,其偏差在统计上是不可调和的。

隆伯里瑟的解决方案是建议将整个银河系以及数以千计的,最接近的银河系的空间置于一个气泡中。这种气泡跨度为2.5亿光年,其密度大约是宇宙其余部分的一半,它将使两种宇宙膨胀率的计算协调一致,用以解决这个已经使科学界分裂十年的难题:宇宙以什么速度膨胀?


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上图左:乔治·勒梅特,右:埃德温·哈勃

自从138亿年前大爆炸发生以来,宇宙一直在扩展。这一命题最早由比利时物理学家乔治·勒梅特(1894-1966)提出,而美国著名天文学家埃德温·哈勃(1889-1953)则首次证实了该理论。哈勃在1929年发现,每个星系都在远离我们,而最遥远的星系移动得最快。这表明过去有一段时间所有星系都位于同一地点,这个时间只能对应于“大爆炸”。


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哈勃-勒梅特定律

这项研究最终导致哈勃-勒梅特定律的出现,其中v是由红移现象测得的星系远离速率,哈勃常数H0表示宇宙的膨胀率,D是星系与观察者之间的距离。目前,对H0的最佳估计值约为70(千米/每秒)/ Mpc。这意味着,每326万光年,宇宙以每秒70公里的速度快速扩张。

问题是有两种相互矛盾的计算方法。


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宇宙微波背景

第一种是基于宇宙微波的背景。这是从宇宙各处传来的微波辐射,它是在宇宙变冷到足以使光能够自由穿行的时候发出的(大爆炸后大约370000年)。根据普朗克太空任务提供的精确数据,并考虑到宇宙是同质且各向同性的事实,使用爱因斯坦的广义相对论,在整个场景中得出H0的值为67.4。


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超新星

第二种计算方法是基于在远距离星系中偶尔出现的超新星。这些非常明亮的活动提供了高度精确的距离观测,使我们能够确定H0值为70。

隆伯里瑟解释说:“多年来这两个值一直变得更加精确,但彼此之间却保持着不同。这引发了科学上的争议,甚至唤起了新物理学出现的新的希望。”

为了缩小差距,洛姆布里瑟教授认为,宇宙并不像所声称的那样均匀,物质在银河内部的分布与在银河外部的分布不同。

假如我们处于一种巨大的“气泡”中,物质的密度大大低于整个宇宙的已知密度。比如,如果这个气泡内部物质的密度比宇宙其余部分低50%,那么将获得哈勃常数的新值,这将使一种是使用宇宙微波背景获得的。

发生这种规模的波动的可能性是1/20到1/5,这意味着,在广阔的宇宙中,有很多像我们银河系这样的区域。


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