哈勃常數爭論不休,到底是模型錯了還是科學家計算錯了?

2020-12-06 遨遊世界科學

宇宙膨脹的速度有多快?現在誰也無法確定。一直以來,科學界依靠來自六個類星體的光線的引力透鏡效應來測量宇宙膨脹的數值,但是這一切似乎變得越來越混亂,物理學上的危機已經到來。通過觀察來自遙遠明亮物體的光線彎曲的過程,研究人員增加了計算宇宙膨脹率的不同方法之間的差異。

加州大學戴維斯分校的宇宙學家Geoff Chih-Fan Chen周三(1月8日)在檀香山舉行的美國天文學會第235次會議的新聞發布會上說:「這些測量結果與宇宙學的危機相符。」

科學家們爭論的是一個被稱為哈勃常數的數字。近一個世紀前,美國天文學家埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)發現,宇宙中的每個星系與地球的距離都是成正比的。這並不意味著地球是宇宙的中心。相反,這一發現告訴科學家,宇宙正在膨脹,兩個物體之間的距離有多遠,以及它們彼此之間的後退速度有多快,這兩者之間有直接的關係。哈勃常數的值包含了這種速度-距離的聯繫。

問題是,近年來,不同的團隊對這個常數的確切值有不同的看法。宇宙微波背景(CMB)是大爆炸留下的殘餘物,它提供了早期宇宙的快照。測量表明,哈勃常數是每百萬光年46200英裡每小時(或者,用宇宙學家的單位,每百萬秒67.4公裡每秒)。但是通過觀察被稱為造父變星的脈動恆星,另一組天文學家計算出哈勃常數為每百萬光年50400英裡(73.4千米/秒/Mpc)。

差異似乎不大,但科學是嚴謹的,因此雙方都不願意承認其方法上的重大錯誤。這項由COSMOGRAIL (H0LICOW)合作的H0透鏡進行的新測量,試圖以一種全新的方式計算哈勃常數。

這種方法利用了宇宙中大量物體會扭曲時空結構這一事實,這意味著光在經過這些物體時會彎曲。被稱為類星體的超亮黑洞有時會被發現在大的前景星系後面,它們的光會被這種被稱為引力透鏡的彎曲過程所扭曲。

H0LiCOW團隊使用哈勃太空望遠鏡研究了6個類星體發出的光,這些類星體距離地球30到65億光年。當類星體的黑洞吞噬物質時,它們的光會閃爍。

科學家表示,其間的引力透鏡星系使每個類星體的光線彎曲,因此類星體的閃爍到達地球的時間取決於它圍繞前景星系的路徑。他補充說,時間延遲的長度提供了一種探測宇宙膨脹率的方法。

H0LiCOW計算出的哈勃常數為每百萬光年50331英裡每小時(73.3公裡/秒/Mpc),與造父變星提供的數值非常接近,但與宇宙微波背景輻射的測量值相差甚遠。

值得注意的是,去年對哈勃常數的另一項獨立測量,是用巨大的紅星進行的,正好落在了兩邊之間,計算出的值為每百萬光年47300英裡(69.8公裡/秒/Mpc)。

儘管如此,科學家表示,不同的數字距離足夠遠,我們的宇宙模型可能有問題。他補充說,越來越多的物理學家承認這一點,因為獨立的測量結果仍然不一致。研究人員可能不得不提出新的物理學理論來解釋這一現象。

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