哈勃太空望远镜的最新测量结果显示宇宙正在以超乎我们预期的速度膨胀_重庆网友热议网友热议最新消息 在超过130亿年的宇宙历史中

这张由哈勃太空望远镜所取景的影像，是距离地球约 1亿2000万光年的螺旋星马克仁1337（Markarian 1337）。 2006 年天文学家在此星系观察到某特定种类的超新星爆炸，提供探究人员确定宇宙当下膨胀速度所需的重庆网友热议网友热议若干资料。 IMAGE BY ESA/HUBBLE & NASA, A. RIESS ET AL.
（神秘的地球uux.cn报导）据美国全国地理（撰文：MICHAEL GRESHKO 编译：邱彦纶）：哈勃太空望远镜的新近测量结局显示，宇宙膨胀的速度比科学模型预测的还要更快──这暗示宇宙或许受到某种未知成分作用。
这是现代天文学最大的谜题之一：依据科学家对恒星和星系的多次观测，察觉宇宙膨胀的速度似乎比我们最佳的宇宙模型所预测的还要更快。跟这个谜题有关的证据已持续积累多年，一些探究人员乃至觉得这是宇宙学领域一项迫在眉睫的危机。
如今，一群科学家运用哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）的观测资料汇编出巨大的新资料库。他们察觉，这种差异为偶然的机率只有百万分之一。换句话说，当下看来更有或许的房价走势热点状况是，宇宙中仍有些天文学家尚无法确定的基础成分（或是已知成分也或许带来意想不到的作用）。
约翰霍普金斯大学的天文学家亚当．黎斯（Adam Riess）领军这项新近的差异探究，他强调：「宇宙似乎带给我们许多惊喜，这是件好事，由于这能合作我们更透彻理解宇宙。」
这个谜题称为「哈勃冲突」（Hubble tension），以天文学家艾德温．哈勃（Edwin Hubble）为名。他在1929年察觉离我们愈远的星系，远离的速度愈快──这项观测让我们当下的宇宙概念变成或许：宇宙起源自大霹雳（Big Bang）后便不断地膨胀。
探究人员首要使用两种方式来测量宇宙当下的膨胀速度：测量邻近恒星的距离，及测绘可追溯到新生宇宙的微弱光辉。在超过130亿年的宇宙历史中，这两种方法让我们得以评测对宇宙的理解。这些探究还察觉了一些核心宇宙成分，像是「暗能量」（dark energy）──科学家觉得这种神秘的力量是合作宇宙加速膨胀的动力。
但这两种方法对当前宇宙膨胀速度所做出的计算约有8%的差异。这个差异听起来或许不多，周末最适合读的一句话：生活哲理但若这个差异的确存在，那就代表宇宙如今的膨胀速度乃至超越了暗能量所能阐释的速度──这显示我们对宇宙的理解呈现了漏洞。
探究人员在12月初提交给《天文物理期刊》（The Astrophysical Journal）数项探究成果，他们使用特定种类的恒星和恒星爆炸来测量我们和邻近星系间的距离。资料库中包含了对42颗各异恒星爆炸的观测，资料量比规模第二大的同类确认多出两倍多。探究团队强调，他们的新确认和对早期宇宙测量结局之间的冲突已然达到了五个规范差，也就是粒子物理学中用来证实新粒子存在的统计阈值。
可是其他天文学家觉得资料仍或许有些误差，这强调哈勃冲突或许只是个统计瑕疵。
「我不得知这么大的误差是如何隐藏的，假如真是如此，过去还未曾有人提出。」团队成员之一的杜克大学天文学家丹．斯科尔尼可（Dan Scolnic）强调：「我们已然检查了所有的或许性，但没有任何一种能提供合理阐释。」
宇宙微波和距离阶梯
哈勃冲突来自各类测量或预测宇宙当下膨胀速度──也就是宋慧乔塞尔达哈勃常数（Hubble constant）──的使用，天文学家可以运用哈勃常数来估计宇宙自大霹雳以来的年龄。
另一种测量哈勃常数的方法是仰赖宇宙微波背景（cosmic microwave background，简称CMB），这是宇宙刚诞生38万年时形成的微弱光芒。像欧洲太空总署（ESA）普朗克天文台（Planck observatory）等望远镜已测量了宇宙微波背景，提供了物质和能量在早期宇宙如何分布的详尽资讯，及背后的物理原理。
宇宙学家使用一个曾相当顺利预测许多宇宙特性的模型──Lambda 冷暗物质模型（Lambda Cold Dark Matter model），在数学上能将婴儿期宇宙高效合作到宇宙微波背景所见，并预测当下的哈勃常数。依据此模型预测，宇宙当下应以大约67.36公里/秒/百万秒差距的速度膨胀（100万秒差距等于 326 万光年）。
相比之下，其他团队藉由观察「本地」宇宙──离我们较为近的现代恒星和星系──来测量哈勃常数。这样的计算需要两种资料：星系远离我们的速度以及该星系和我们之间的距离。这反过来又需要天文学家进展所谓的宇宙距离阶梯（cosmic distance ladder）。
这项新探究的宇宙距离阶梯是由黎斯的探究小组SHoES兴办，从测量我们与造父变星（Cepheid variable）这种恒星之间的距离着手。造父变星很有科学价值，由于它们的本质就像是已知瓦数的闪光灯，会规律地变亮和变暗，并且愈明亮的造父变星，脉动的周期就愈长。天文学家运用这个原理，可以依据它们的脉动速率，来估计更遥远造父变星的内秉亮度，最后计算出这些恒星与我们之间的距离。
以便将这个阶梯距离延伸得更远，天文学家依据名为1a型超新星的恒星爆炸，增多了一些梯级。天文学家探究另外拥有造父变星和1a型超新星的星系，就能计算出超新星亮度和距离之间的关系。由于1a型超新星比造父变星要亮得多，所以能在更远的地方观察到这类天体，天文学家便能将它们的测量结局扩展到宇宙中更遥远的星系。
考虑各异变异
难题是要精确测量所有这些恒星和超新星是相当繁琐的岗位。技术上说来，并非所有的造父变星和1a型超新星看起来都完全一样：有些或许有各异的成分、各异的颜色或各异类型的宿主星系。天文学家已然花了很多年的时间使用阐释这所有的变异性──但要证实一些隐藏的误差源没有从中作梗，实际上相当艰难。
为知晓决这些难题，一个名为Pantheon+团队的探究小组详尽地确认了自1981年以来收集的1701个1a型超新星观测。他们奋斗地量化所有已知的不确定性和偏差的来源。
杜克大学的斯科尔尼可与哈佛－史密森尼天体物理中心的探究员狄伦．布劳特（Dillon Brout）共同领导Pantheon+ 探究团队，他强调：「我们关心的是像1991年11月的天气和望远镜的观测状况──这很棘手。」
探究团队的察觉为黎斯和SHoES探究小组的新确认提供了依据。在对或许作用造父变星观测的因素开展了同样详尽的交叉证实后，他们得到了迄今最精确估计的哈勃常数： 73.04 ±1.04公里/秒/每百万秒差距。这比普朗克天文台测量宇宙微波背景所推断出的数值高了约8%。
另外，探究小组竭尽所能地评测其他科学家对这项哈勃常数估计值高于普朗克所得数值的想法。探究人员对他们的确认共开展了67种各异的确认──其中许多都让冲突变得更为严重。
「我觉得，我们已然认真听取了许多关切和争论，」黎斯强调：「这并非只是简易地变个魔法……我们也曾陷入许多摸不着头绪的无底洞。」
未知的宇宙
可是近年来，芝加哥大学的温蒂．弗里德曼（Wendy Freedman）致力探究如何不仰赖脉冲星来估计哈勃常数的方法。她反而是使用一群尤其的红巨星，它们的特性也像已知瓦数的灯泡。弗里德曼依据这些替代的「规范烛光」，或是说已知内秉亮度的天体，独立估算出的哈勃常数为69.8公里/秒/每百万秒差距──这介于其他两个测量值之间。
弗里德曼强调，尽管团队相当小心，但尚未察觉的误差或许仍会作用确认，也许会导致实际上并不存在的冲突。她补充说明，有些不确定性的来源也无法避免。举例来说，只有三个离银河系够近的星系，能让我们直接测量其距离，而宇宙距离阶梯就奠基在这三个星系上。
弗里德曼强调：「三是个很小的数字，但这就是大自然赋予我们的。」
Pantheon+和SHoES团队对弗里德曼及其他人的结局开展了长时间的探究，他们有些各异的确认，测试若是将弗里德曼挑选的恒星，与造父变星和1a型超新星一起加入宇宙距离阶梯，那会发生什么事。依据他们的探究，若是将这些额外的恒星纳入，会略微下降哈勃常数的估计值──但并没有使冲突消失。
假如哈勃常数真的反映了我们的真实物理状况，那么我们或许得在宇宙基础成分列表添加其他的因素，才有办法阐释这种情形。
其中一个首要的比拼理论是早期暗能量，这种理论觉得在大霹雳后约5万年曾有过短暂的暗能量爆发。原则上，短暂的额外暗能量能够改变早期宇宙的膨胀，这足以解决哈勃冲突，又不会对宇宙学的规范模型导致太大的干扰。
但若是如此，宇宙学家对宇宙年龄的估计值将从当下的138亿年降为约130亿年。
「这依然难题重重，为什么我们得要引进一个忽然呈现又消失的新事物──这感受有点好笑。」德州大学奥斯汀分校的天文物理学家麦可．博伊兰－科尔钦（Mike Boylan-Kolchin）强调：「但我们的处境正是如此──假如这些事情真的有那么大的差异，也许我们就必须得着手寻找宇宙中奇怪的角落。」
尽管有些线索已然浮出水面，但当下还没有有关早期暗能量的确定性证据。本年9月，测量宇宙微波背景的智利阿塔卡马宇宙学望远镜（Atacama Cosmology Telescope）团队，宣称含有早期暗能量的模型比规范宇宙学模型更符合其观测资料。可是普朗克望远镜的资料并不扶持这种说法，前方还需要更多的观测资料才能揭开谜底。
其他天文台应该也能合作弄清楚哈勃常数的数值。像是自2014年以来一直在测绘银河系的ESA盖亚卫星（Gaia），愈来愈精确地估计银河系许多恒星的距离，其中也含有了造父变星。而才刚发射的詹姆斯．韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope），也能合作天文学家再度证实哈勃望远镜对某些恒星的观测资料。
「我们正处于或许的边缘，」弗里德曼说：「我们会追查到底。」