12月3日,宇宙和天體學家提前拿到了聖誕禮物:地球到系外恆星的精確距離。
約翰·霍普金斯大學的亞當·裡斯因共同發現暗能量而獲得了2011年諾貝爾物理學獎,他說:「我在zoom上聽到了這一消息,簡直幸福得難以言表。」
數據來自歐洲航天局的蓋亞號太空飛行器。太空飛行器上的望遠鏡測量了13億顆恆星的「視差」,即恆星在天空中明顯位置的微小變化——這可以揭示它們的距離。多倫多大學的天體物理學家喬·波維(Jo Bovy)說:「蓋亞視差是迄今為止最精確,最精確的距離測定。」
或許,理論物理學的鼎盛時代已經過去,未來是宇宙天文學和材料物理學的天下。但大家或許也知道,天文學的上空有一朵巨大的烏云:宇宙的膨脹速度和理論不符;為了彌合理論和觀測,用兩種方法測量出的哈勃常數,竟然又不一致。
兩種測量哈勃常數的方法:
首先,哈勃常數的單位公裡/秒/兆帕秒(km/s/Mpc)。
第一個是基於宇宙微波背景(CMB),即大爆炸遺留下來的、瀰漫寰宇的微弱背景輻射。我們對CMB已經進行了相當全面的研究,因此可以區分出背景輻射溫度更高和更低的區域,這與早期宇宙中物質的膨脹和收縮相對應。
根據此類數據,對哈勃常數的計算通常會返回的結果大約為每秒每百萬秒差距67.4公裡。
另一種方法需要測量地球到亮度已知的天體的距離,例如極亮的Ia型超新星和造父變星,後者的亮度具有周期性的變化。
確定它們的絕對亮度後,天文學家就可以計算出到這些天體的距離,因為亮度會以已知的速率隨著距離而衰減。因此,有時我們把此類對象稱為標準燭光。
後一種方法返回的結果與依據宇宙微波背景輻射獲得的數據不同。藉助Ia型超新星,最近計算出每秒每百萬秒差距72.8的結果。結合Ia超新星宿主星系中的銀河系造父變星,甚至給出了更誇張的結果——每秒每百萬秒差距74.03公裡。
最糟糕或者說最好的可能性是,我們搞錯了關於物質世界的基本原理。比較輕鬆的解釋則是,上述測量方法在技術上都不夠精確。
最新的蓋亞數據,使用獨立於前面兩種的視差方法,被科學家寄予厚望,希望能夠充當最終的裁判。
前段時間在線發布並提交給《天體物理學雜誌》的論文裡,裡斯團隊使用新數據將宇宙速度固定在每秒73.2公裡/兆帕秒,與之前的值一致,但現在誤差範圍為1.8%。
https://www.quantamagazine.org/astronomers-get-their-wish-and-the-hubble-crisis-gets-worse-20201217/
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