究竟什麼是哈勃常數?它帶來哪些影響

2020-12-06 山川異域合作共贏

哈勃常數的張力持續,一項新的衡量標準引發了有關當今宇宙擴展速度的持續爭論

可複製性是科學的關鍵。一次性的「尤裡卡!」 可能是範式轉變的第一步,也可能是fl幸。是第二,第三和第一百次測量將理論進行了檢驗。

這就是為什麼最近對宇宙膨脹的測量引起了人們的興趣。儘管天文學家已經採用了多種方法來依賴完全不同的物理學,但他們仍得到類似的結果:今天的宇宙似乎比根據早期宇宙的測量所預期的更快地膨脹。系統錯誤可以解釋這種差異嗎?還是需要新的物理學?

發布了一種新的「中間路線」測量方法,這為正在進行的辯論增添了一些色彩。

哈勃常數:近距離與遠距離

天文學家可以通過兩種方式估算當前的膨脹率,也稱為哈勃常數(H 0)。

大爆炸的「餘輝」對宇宙微波背景(CMB)的精確測量提供了一個進入年輕宇宙的窗口。背景輻射中的微小溫度波動與僅370,000年歷史的宇宙中的密度變化相關,而密度變化又與大約138億年後的當今宇宙中的星系和星系團的結構有關。宇宙學家可以使用所謂的「 Lambda CDM」模型重現這些溫度變化的所有最後擺動,這種情況是暗物質和暗能量統治著整個宇宙。

該脈動中最新的哈勃常數測量值來自普朗克衛星:67.4±0.5 km s -1 Mpc -1。其他基於早期宇宙特性的獨立方法最終得到的數字也差不多。

天文學家還可以通過測量星系似乎飛離我們自身的速率來估計現代宇宙的擴展速率。訣竅是找到星系的正確距離。那就是標準蠟燭的出現:天文學家可以測量這些物體的亮度,並將其與已知的光度進行比較以計算距離。

這就是它開始變得有趣的地方:使用相對鄰近的物體進行的測量會產生更大的哈勃常數,其值介於73和76 km s -1 Mpc -1之間。換句話說,現在的宇宙似乎比根據對早期宇宙的觀察所預期的要快。

現在來談談轉折:一項實用新型標準蠟燭的最新研究發現,路中間的哈勃常數為:69.8±1.9 km s -1 Mpc -1。單獨得出的結果與宇宙微波背景的測量以及附近的標準蠟燭都一致。

紅色巨星

特別是剛剛從燃燒氫過渡到點燃氦的紅色巨星。

想像是掃視人群以確定最高的人,就像是最亮的紅色巨人正在經歷氦氣閃光,如果您生活在一個世界中,知道任何房間中最高的人都將具有相同的身高-我們假設最亮的紅色巨人的峰值亮度是相同的-您可以使用該信息告訴您離房間有多遠在給定的人群中。

天文學家在星系的最外層發現這些恆星,這意味著沒有中間的塵埃影響觀測。因此,紅色巨星提供了一種測量距離的方法,而該方法沒有困擾造父變星和其他標準蠟燭的一些系統性問題。

未解決

遠近的差異仍然存在。儘管他們的研究給出了較低的哈勃常數值,但與早期宇宙的研究相比,它仍然處於高端。如果說67.4確實是哈勃常數的正確值,那麼從統計學上講,您應該至少希望有幾次測量值低於該值。

很大程度上取決於紅色巨星的校準方式。弗裡德曼和他的同事們將他們的觀測結果固定在大麥哲倫星雲中,造父變星和紅色巨星都生活在這裡。在這裡,與星系暈球不同,天文學家必須考慮灰塵。小組估算的大量塵埃可以解釋為什麼他們對哈勃常數的測量值如此之低。

最終,當前的測量方法無法解決爭論。要解決這種張力,天文學家必須局部測量哈勃常數,其精度要優於1%。目前這還遙不可及,但是在短短的幾年內,歐洲航天局的蓋亞飛行任務將為一堆紅色巨星提供可信賴且精確的距離,從而實現比現在更好的校準。也許那我們將一勞永逸地解決哈勃不斷的辯論。

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    >常數,即宇宙的膨脹率。但是,哈勃常數並不是這樣。目前尚無法確定,但到目前為止,測量值尚未穩定收斂。實際上,這實際上是一個謎。另一種可能性是這些測量通常是準確的,但是不同的測量正在測量不同的事物。在哈勃常數的情況下,問題是–宇宙的每個部分是否都以相同的速度膨脹?因此,如果我們在宇宙的一部分中計算哈勃常數,那麼在另一部分中它實際上是相同的嗎?也許擴張不統一。
  • 哈勃常數危機
    1929年,哈勃發現河外星系的退行速度與距離成比例(即距離越大視向速度也越大),並給出速度-距離比,後來人們稱為哈勃定律。現在,哈勃常數(H)被用來表徵當今宇宙的膨脹率。基於哈勃定律,最近瑞斯等人利用Ia型超新星直接測量了哈勃常數,在68%置信度上得到的結果是H=74.03±1.42 km s-1Mpc-1(Mpc表示百萬秒差距,大約為300萬光年) [1]。
  • 新哈勃常數估值加劇宇宙膨脹速度困惑
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    (圖為哈勃常數,哈勃定律中河外星系退行速度同距離的比值 它是一個常數,即哈勃常數,常用H表示,歐洲航天局於2013年3月21日宣布,根據普朗克衛星的測量結果得出新的哈勃常數值為67.80±0.77(km/s)/Mpc(Mpc表示百萬秒差距,大約為300萬光年),即在每增加300萬光年的距離上(或每過300萬年),星系遠離地球的速度增大
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    大約在138億年前,它眨眼間就存在了,並且從那時起就一直在膨脹,就像一個巨大的宇宙氣球。這種膨脹的速度被稱為哈勃常數(或稱H0),它是宇宙的基本常數之一。知道哈勃常數,就可以計算出宇宙的年齡、可以計算出宇宙的大小、可以更準確地計算出推動宇宙膨脹的神秘暗能量的影響。而且,有趣的是,哈勃常數是計算星系間距離所需的數值之一。然而,哈勃常數存在一個巨大的問題。
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    目前計算宇宙年齡是通過哈勃常數(哈勃常數的倒數就是宇宙年齡),即宇宙的膨脹速率。而哈勃常數通過好幾種方法獲得,目前經常提到的主要有三種。第一種是根據宇宙距離階梯紅移。這是最早發現宇宙膨脹的方法,通過統計一定數量的遠方星系來確定宇宙膨脹速度。
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  • 測量哈勃常數,探索廣闊宇宙
    早在上世紀20年代,埃德溫·哈勃就讓天文學家們相信,本就遙遠的天體正在遠離我們,但從那時起它們的後退速度,也就是哈勃常數,就一直是一個爭論的話題。新型的望遠鏡帶來了新的觀測結果,比如那些由普朗克衛星拍攝的數據已經確定哈勃常數為67.4公裡/秒每百萬秒差距
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  • 最新測量證實「哈勃常數」的實用性
  • 測量哈勃常數,探索廣闊宇宙
    早在上世紀20年代,埃德溫·哈勃就讓天文學家們相信,本就遙遠的天體正在遠離我們,但從那時起它們的後退速度,也就是哈勃常數,就一直是一個爭論的話題。新型的望遠鏡帶來了新的觀測結果,比如那些由普朗克衛星拍攝的數據已經確定哈勃常數為67.4公裡/秒每百萬秒差距,意味著每隔326萬光年(稱為百萬距離),物體就會以每小時67.4公裡的速度彼此遠離。但是實際基於其附近光源的特性的觀察推測總是得到更大的膨脹率值。
  • 比起哈勃定律的名字 這個常數更讓科學家頭疼
    哈勃定律說的是:星系距離我們越遠,遠離我們的速度越快,二者成正比。速度與距離的比值被稱為哈勃常數。雖然對哈勃定律的名稱存在爭議,但它描述的圖景已是公認的事實——宇宙正在膨脹。實際上,真正讓天文學家頭疼的是與哈勃定律關聯的哈勃常數。他們近百年來絞盡腦汁,使用各種方法,不斷縮小其數值範圍,卻依然無法得到一個公認的精確值。
  • 引力波或將解決哈勃常數難題,甚至揭示宇宙命運
    為了測量目前宇宙的膨脹速度,科學家需要確定哈勃常數,從而推算出宇宙的年齡以及目前宇宙狀態的細節。他們甚至還可以用哈勃常數來嘗試了解宇宙的未來命運,例如是否會永遠膨脹,還是會崩潰或四分五裂。科學家主要使用兩種方法來測量哈勃常數,其一是監測鄰近的天體,估計它們的距離,從而推算出宇宙的膨脹速率。科學家對這些天體的性質已經有了很多了解,比如超新星爆發和造父變星等脈動變星。
  • 哈勃常數之謎:引力波揭示宇宙膨脹速度?
    這兩個參數對估算哈勃常數至關重要。哈勃常數是一個用於描述宇宙膨脹速度的計量單位。但迄今為止,絕大多數精密觀測得出的哈勃常數始終存在很大差異,導致科學家無法得出宇宙具體膨脹速度的一個決定性答案。科學家相信確定膨脹率有助於揭示宇宙的起源、命運以及是否會永遠膨脹下去或者最終發生崩塌。
  • 引力透鏡來"攪局" 哈勃常數有了第三個數值
    同一個東西,不同的結果1929年,埃德溫·哈勃等天文學家發現,星系距我們越遠,它就越快地離開我們,這被認為是關於宇宙膨脹理論的第一個觀察證據,並引出了後來的「大爆炸」概念,膨脹率的值即著名的哈勃常數。哈勃常數的單位是千米/秒·百萬秒差距,即如果哈勃常數為1,就表明在每300萬光年的距離上,星系遠離地球的速度為每秒1千米。
  • 引力透鏡來「攪局」 哈勃常數有了第三個數值
    同一個東西,不同的結果1929年,埃德溫·哈勃等天文學家發現,星系距我們越遠,它就越快地離開我們,這被認為是關於宇宙膨脹理論的第一個觀察證據,並引出了後來的「大爆炸」概念,膨脹率的值即著名的哈勃常數。哈勃常數的單位是千米/秒·百萬秒差距,即如果哈勃常數為1,就表明在每300萬光年的距離上,星系遠離地球的速度為每秒1千米。
  • 天文學界的百年爭論:哈勃常數的精確值到底是多少?
    這裡又提到了一個物理概念:哈勃常數,簡單來說,如果宇宙中天體只受到萬有引力這一種力的作用,那麼天體應該會慢慢聚攏在一起,不過在20世紀美國天文學家哈勃通過天文觀測發現:宇宙中的天體並非上理論預測中的慢慢聚攏,反而是處於不斷的加速膨脹,通俗來說,宇宙加速膨脹的速率就是哈勃常數,哈勃常數也是物理學中十分重要的常數,不過哈勃常數與數學中的