洛桑聯邦理工學院:宇宙膨脹的速度更快了

2020-12-14 騰訊網

EPFL研究人員多年來一直在研究使用引力透鏡進行的新測量,這是一種創新的方法,它表明宇宙的膨脹速度比以前想像的要快。

使用NASA哈勃太空望遠鏡的一組天文學家宣布,宇宙膨脹的速度超出了預期。他們使用引力透鏡法測量了膨脹率(稱為哈勃常數,即H 0),這是一種全新技術,完全獨立於EPFL天體物理實驗室(LASTRO)多年來從事的任何以前的方法。

這項研究由COSMOGRAIL的Wellspring或H0LiCOW中的H0鏡片小組領導。COSMOGRAIL代表重力透鏡的宇宙學監測,是EPFL天體物理學家發起的一項大型國際項目,用於監測重力透鏡。它代表了迄今為止使用引力透鏡法進行的最精確的測量,其中前景星系的重力像一個巨型放大鏡一樣起作用,放大並扭曲了來自背景物體的光。

結果表明,本地宇宙的擴展速度比預期的快。研究人員計算出的哈勃常數值為每兆秒每秒73公裡(不確定性為2.4%)。這意味著,由於宇宙的膨脹,銀河系每離開地球330萬光年,它的移動速度似乎會加快每秒73公裡。這個值與之前的67個值有很大的不同,後者是基於歐洲航天局的普朗克衛星對宇宙在超過130億年前的表現的觀察得出的。

這兩個值之間令人不安的差異-由局部宇宙的引力透鏡測量結果計算出的膨脹率,以及從早期宇宙中背景輻射按傳統方式預測的增長率-在天體物理學界引起了動蕩。這是因為知道宇宙膨脹速度的精確值對於確定宇宙的年齡,大小和命運至關重要。揭開這個謎底是近幾年天體物理學面臨的最大挑戰之一。

H0LiCOW小組負責人,德國馬克斯·普朗克天體物理研究所的Sherry Suyu說:「如果這些結果不一致,則可能暗示我們尚未完全理解物質和能量如何隨時間演化,特別是在早期。」

小號九遙遠的類星體

H0LiCOW團隊使用哈勃望遠鏡觀測了六個遙遠類星體發出的光線,這些氣體是星系中心氣體繞行的超大質量黑洞發出的明亮探照燈。類星體是理想的背景對象,其原因很多。例如,它們是明亮的,極遠的並且散布在整個天空中。望遠鏡觀察到來自每個類星體的光如何通過巨大的前景星系的引力倍增成四個圖像。

來自每個透鏡類星體圖像的光線通過太空到達地球的路徑略有不同。路徑的長度取決於使視線向類星體變形的物質的數量。為了追蹤每條路徑,天文學家監視了類星體的黑洞吞噬物質的閃爍。當光線閃爍時,每個鏡頭圖像在不同的時間變亮。

這一閃爍序列使研究人員能夠測量透鏡光沿著其到達地球路徑時每個圖像之間的時間延遲。為了充分了解這些延遲,研究小組首先使用哈勃望遠鏡繪製了每個透鏡星系中物質分布的準確圖。然後,天文學家可以可靠地推斷出從星繫到類星體,以及從地球到星系以及背景類星體的距離。通過比較這些距離值,研究人員測量了宇宙的膨脹率。

東京大學Kavli宇宙物理與數學研究所的團隊成員Kenneth Wong說:「每個時延的長短表明了宇宙的擴展速度。「如果時間延遲更短,那麼宇宙將以更快的速度膨脹。如果它們更長,則擴展速度會更慢。」

觀察40個鏡頭系統

「我們克服的挑戰之一是通過COSMOGRAIL進行專門的監視程序,以獲取其中一些類星體透鏡系統的時間延遲,」 EPFL LASTRO實驗室的研究員,COSMOGRAIL的創始人兼負責人FrédéricCourbin說。

Suyu補充說:「開發了新的質量建模技術來測量星系的物質分布,包括我們設計為利用高解析度哈勃成像技術設計的模型。」 「這些圖像使我們能夠重建類星體的宿主星系,並表徵透鏡系統的環境,從而影響光線的彎曲。新的質量建模技術結合時間延遲,可幫助我們測量到星系的精確距離。」

從2012年開始,H0LiCOW團隊現在已經獲得了哈勃圖像和10個透鏡類星體和中間透鏡星系的時延信息。該團隊的目標是觀察30個以上的透鏡類星體系統,以將其2.4%的不確定度降低到1%。

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