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哈勃常数都没个准,说好的精确宇宙学呢

2018年03月07日 天文物理 ⁄ 共 1733字 ⁄ 字号 暂无评论

最新最精确的哈勃常数测量结果与根据微波背景辐射得出的结果不同,这是否意味着宇宙学模型需要修改?


哈勃常数都没个准,说好的精确宇宙学呢

根据一些星系(例如图中所示的M101星系)的观测数据,科学家们能够测量宇宙膨胀的速率。

图片来源:X-ray: NASA/CXC/SAO; Optical: Detlef Hartmann; Infrared: NASA/JPL-Caltech。


在最近的研究中,天文学家对宇宙膨胀速率进行了有史以来最精确的测量,但其结果却与从宇宙大爆炸残余辐射得到的测量结果有所不符[1]。如果能利用独立的测量技术确认这一发现,那么宇宙学定律可能将被改写。


甚至,这可能还表明自宇宙创生以来,暗能量的强度一直在增长。暗能量被认为是造成宇宙加速膨胀的一种未知力。


约翰斯•霍普金斯大学的天体物理学家亚当•里斯(Adam Riess)表示:“我认为标准宇宙学模型仍然存在我们尚未理解的部分。”里斯在1998年与人合作发现了暗能量,是最近这项研究的领导者。


加州大学欧文分校的宇宙学家Kevork Abazajian也认为此次研究结果将有可能“引起宇宙学的变革”,他未参与这项研究。


不确定度之限


公认的宇宙学模型认为,宇宙在暗物质和暗能量的拉锯中演化。暗物质的引力趋于减缓宇宙膨胀,而暗能量的作用则相反,会加速宇宙膨胀。里斯和其他研究者早前所做的观测表明在宇宙演化的整个历史中,暗能量的强度是恒定不变的。


关于暗物质和暗能量的相对贡献,科学家们所了解的大部分来自于宇宙大爆炸之后的残余辐射——宇宙微波背景辐射(cosmic microwave background)。宇宙微波背景辐射本质上描绘的是诞生40万年的年轻宇宙。近年来,欧洲空间局普朗克探测器对宇宙微波背景做了最详尽的研究。基于普朗克探测器对微波背景的测量,宇宙学家能够预言年轻时期的宇宙将如何演化,以及在演化的每个时期中膨胀的快慢。


多年以来,这些预言与科学家对当前宇宙膨胀率,即哈勃常数的直接测量结果不符。然而到目前为止,哈勃常数的测量误差都很大,使得这种不一致可以被忽略。


我们可以通过观测内禀光度已知的恒星(称为“标准烛光”),得出相对近邻宇宙中的星系远离银河系的退行速度,以此计算哈勃常数。


里斯的科学团队在最新文章中表示,他们通过哈勃空间望远镜进行了上百小时的持续观测,研究了18个星系中两种类型的标准烛光。“此项研究的进展势如破竹。”里斯说道。


这篇文章已被期刊接收,并在4月6日发布于arXiv在线资源库中。据该文章报道[1],他们测量的哈勃常数不确定度为2.4%,而此前最好结果的不确定度为3.3%[2]。里斯还表示,他们通过测量哈勃常数得到的宇宙膨胀速率比根据普朗克观测数据得到的结果高约8%。


暗物质之谜


据里斯所述,如果此次对哈勃常数的最新测量和之前普朗克团队的测量都是精确的,那么我们将不得不修改标准宇宙模型。一个可能的原因是,组成暗物质的基本粒子的属性与当前的理论不符。如果事实如此,这将会影响到早期宇宙的演化。亦或是暗能量并非持续不变,而是在近期变得更强了。


巴黎天体物理研究所的普朗克研究员François Bouchet怀疑里斯研究组的测量可能会有问题,但不管结果如何,他认为这个新发现还是很“激动人心的”。


芝加哥大学的天文学家Wendy Freedman表示,造成上述问题的另一个可能原因是,对于精确测量,标准烛光本身不够可靠。她曾于2001年领导了对哈勃常数的首次精确测量[3],如今,她的研究团队正着手用基于其他类型恒星的替代方法测量哈勃常数。


撰文:Davide Castelvecchi

翻译:王微晓

审校:王凌霄


参考文献

[1] Riess, A. G. et al. available at http://arxiv.org/abs/1604.01424v1 (2016).

[2] Riess, A. G. et al. Astroph. J. 730, 119 (2011).

[3] Freedman, W. L. et al. Astroph. J. 553, 47 (2001).


原文链接:http://www.nature.com/news/measurement-of-universe-s-expansion-rate-creates-cosmological-puzzle-1.19715


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