宇宙膨胀到底有多快?最新测量结果让科学家更困惑了

  • 日期:08-04
  • 点击:(1938)


?自然自然研究

一项备受期待的新技术未能解决有关宇宙扩张速度的争议。至少现在。

近年来,宇宙膨胀率的两个最准确的测量值之间存在相当大的差异。宇宙学家希望一种独立的方法可以解决这个问题,因此,这种方法使他们更加困惑。

77a3-iakuryy0079929.jpg旧的红巨星是测量当前宇宙膨胀率的新方法的焦点。

由芝加哥大学天文学家Wendy Freedman领导的最新测量结果于7月16日发布,将发表在《天体物理学报》(天体物理学杂志)[1]。

Freedman团队展示了一种利用红巨星测量宇宙膨胀率的技术。预计该技术将取代天文学家使用一个多世纪的方法。然而,由它测量的当前宇宙膨胀率不能解决上述分歧,因为它落在两个彼此不一致的值之间。

推特。

“我们现在正试图弄清楚这些应该如何整合,”弗里德曼告诉《自然》杂志。如果无法解决宇宙膨胀率的测量偏差,则可能意味着宇宙学家用来解释数据的一些基本理论是错误的,例如暗物质的性质假设。 “达摩克利斯之剑悬在基本物理之上,”弗里德曼说。

宇宙中的车速表

美国天文学家埃德温哈勃和其他人在20世纪发现宇宙正在扩张。它们基于大多数星系离银河系更远的事实。速度与距离的近似比率称为哈勃常数。哈勃发现每一个距离一百万秒(约326万光年),银河系的速度将增加500公里/秒,因此在“百万分之一秒每秒”的单位下,哈勃常数为500。/p>

在接下来的几十年里,测量方法逐渐得到改善,天文学家已经大大降低了哈勃常数的估计值。弗里德曼在20世纪90年代首次使用哈勃太空望远镜测量了哈勃常数,得到的数字为72,误差为正负10%。到目前为止,最精确的测量是74,误差仅为1.91%,由约翰霍普金斯大学诺贝尔奖获得者亚当里斯[2]领导的团队测量。

但过去十年的另一项独立研究使事情变得更加复杂。来自欧洲航天局普朗克项目的科学家们绘制了大爆炸的遗留辐射模式 - 宇宙微波背景(CMB),并用它来计算宇宙的基本属性。根据关于宇宙的标准理论假设,他们计算出哈勃常数为67.8。

67.8和74之间的差距似乎并不大,但随着两种方法的改进,已经取得了统计上的显着差异。因此,理论家们开始怀疑宇宙的标准理论是否存在问题。这个名为ΛCDM的理论假定了看不见的“暗物质”粒子和神秘的排斥力“暗能量”。但他们也未能找到修改理论的方法,以便能够根据所有其他关于宇宙的观察来解决它。

芝加哥大学的宇宙学家洛基科尔布说:“从CDM中找到线索是非常困难的。没有一种方法可以解决所有问题。”

Freedman的最新测量方法更新了Hubble测量方法的关键要素,最终得到的值为69.8。

测量哈勃常数的最大困难是可靠地测量星系之间的距离。哈勃的原始估算方法是基于距离最近星系的距离测量。为此,他观察了一类名为“Cathering Variable Stars”的明亮恒星。天文学家Henrietta Swan Leavitt在二十世纪初发现这些恒星的实际亮度是可以预测的。因此,通过测量它们在照相底板上显示的亮度,可以计算出恒星的距离。天文学家称这个标志性的明星为“标准烛光”。

从那时起,天文学家一直试图找到一个比造父变星更好的标准蜡烛,因为造父变星主要出现在拥挤,多尘的区域,导致其亮度估计出错。 “唯一的解决方案是开发一种独立的测量方法。到目前为止,我们从未测试过造父变星测量的准确性,”Freedman说。她的大部分职业生涯都被用来提高这种方法的准确性。 “她知道隐藏每个天体的位置,”科尔布说。

弗里德曼和她的同事完全绕过了造父变星,并选择了被红色巨人熄灭的旧星号作为标准烛光,并选择超新星爆炸作为更远星系的标志。

超级明星计算

红巨星比造父变星更常见,很容易在银河系的边缘找到。在这些地区,恒星更加分散,宇宙尘埃也没有问题。红巨星的亮度变化很大,但是当我们考虑整个星系中的所有红巨星时,有一个非常有用的特征。

红色巨人的亮度在数百万年后逐渐增加,并在达到最亮的瞬间后迅速变暗。如果天文学家将大量恒星的颜色和亮度绘制到地图上,那么红巨星将显示为具有清晰边界的点云。边界上的星星可以用作标准烛光。

Freedman团队使用这种方法计算了18个星系与我们之间的距离。首次对哈勃常数的估计达到了与造父变星方法相当的精度。

里斯说,红巨星方法仍然需要对星系中宇宙尘埃的含量做出某些假设,尤其是大麦哲伦云。他说,“宇宙尘埃难以估计。我想会有很多人在讨论。”为什么作者的研究方法会引入较低的哈勃常数值?

Freedman团队的结果在统计上与“普朗克”数据和Riess的造父变量计算结果兼容,这意味着误差范围重叠,并且随着红巨人数据的逐渐增加,这种方法的准确性也会相应提高。科尔布说,它可能很快就会超过造父变星法。

红巨方法的测量值可以偏离其他两种方法的结果之一,或者可以保持相同,而其他两种方法的结果接近它。但就目前而言,宇宙学家仍有许多谜题需要回答。

f227-hxyuaph8301885.png