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                                                                    探索宇宙膨脹速度 三種方法測出三個哈勃常數

                                                                    本文由:王光明 编辑 2019年07月23日 0:18 新车上市491 ℃

                                                                    【孙杨光州首秀第一】

                                                                    [   探索宇宙膨脹速度——  三種方法測出三個哈勃常數⊙☆,到底哪個准⌒♂▽?今日視點本報記者 劉 霞自上世紀20年代以來π♂,美國天文學家哈德溫·哈勃的觀測讓科學家知道∟♂▽,宇宙在不斷膨脹π♂。那麼∴◇,宇宙的膨脹速度有多快——也即所謂的哈勃常數有多大呢〇?

                                                                    天天pk10计划

                                                                    100多年來∟,科學家分別藉助對Ia型超新星和宇宙微波背景(CMB)的觀測□☆△,測出了兩個哈勃常數的值⌒?⊿,但這兩個值並不一樣▽♂,這讓科學家們很迷惑π⊙。現在∴♂,通過對紅巨星的研究⊙,科學家又得出了一個新的哈勃常數值□△,新值介於上述兩者之間♂〇,令整個事件更加撲朔迷離?⌒▽。

                                                                    弗里德曼團隊使用該技術計算了18個星繫到地球的距離△,並獲得了最新的哈勃常數估計值♂↑。芝加哥大學的宇宙學家洛基·科爾布說▽♂,隨着有關紅巨星的數據不斷積累∴π∵,技術的精確度將提高☆﹡,紅巨星可能在不久的將來擊敗造父變星∵,成為廣受歡迎的「標準燭光」↑↑♂。

                                                                    里斯測得的74km/s/Mpc比由普朗克衛星測得的67.8km/s/Mpc高出9%♂♂。哈勃常數的倒數與宇宙的年齡直接相關——哈勃常數數值越大∴,宇宙的年齡就越小┊♂☆。如果我們接受哈勃常數為里斯所測得的值□,其比之前測得的要高出9%┊,那麼由它推測出的將是一個年輕約10億年的宇宙△﹡。

                                                                    另一種可能性是◇π▽,宇宙中存在一種新的亞原子粒子☆,其速度接近光速∟。這種快速粒子被統稱為「暗輻射」↑∟,包括一種名為「惰性中微子」的粒子∵π◇。與受亞原子力相互作用影響的正常中微子不同﹡?,這種新粒子只受重力影響⊙⊿。

                                                                    紅巨星比造父變星更常見〇∟∵,在星系周邊區域很容易發現◇,在這些區域┊☆﹡,恆星彼此隔離〇☆,灰塵不是問題□⊿∟。紅巨星的亮度變化很大⊿∟,但作為一個整體△,一個星系內的紅巨星群擁有一個獨特而明顯的特徵:這些恆星的亮度會在數百萬年間增加∵﹡,直到達到最大值⊿∴,然後突然下降∴。當天文學家根據顏色和亮度繪製一大群恆星時⊿┊,紅巨星看起來像一團擁有明顯邊緣的圓點⊿▽,身處邊緣的恆星可以作為「標準燭光」↑□。

                                                                    幾十年來∟,隨着測量技術的不斷改進⊿▽,天文學家大幅下調了哈勃常數的估算值♀□⊙。20世紀90年代π⊿,弗里德曼率先使用哈勃太空望遠鏡來測量哈勃常數∵π,計算出的值約為72公km/s/Mpc∟⊙,誤差範圍不到10%〇♀?。此後⊿□,由約翰霍普金斯大學諾貝爾獎獲得者亞當·里斯領導的團隊測得了迄今最精確的值——74km/s/Mpc□,誤差率僅為1.91%∟〇。

                                                                    儘管如此□,里斯說∵,這項紅巨星研究仍然跟星系中的塵埃數量〇π∟,尤其是大麥哲倫星雲中的塵埃數量有關♂⊿。他說:「塵埃很難估計⌒,這可能也是造成這兩個哈勃常數值偏低的原因▽♂□。」

                                                                    還有一種更有吸引力的解釋認為◇,暗物質與普通物質的作用比現在我們認為的更強烈〇□π。其中任何一種情況都會改變現有的宇宙學標準模型♀□▽。該模型描述了一個包含宇宙學常數Λ和暗能量、冷暗物質(CDM)的宇宙⊙,是目前最簡單的模型▽,可以很好地解釋微波背景輻射的存在及其結構、大尺度結構中星系的分佈、元素丰度、宇宙加速膨脹等觀測結果π□⊿。

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                                                                    哈勃常數是宇宙參數﹡┊,在各種各樣的宇宙學計算中都扮演非常重要的角色﹡,它決定了宇宙的絕對規模、大小和年齡□〇〇,是我們量化宇宙演化最直接的工具之一〇∵?。此外△,它也與暗物質、暗能量的屬性有關?﹡,而後兩者♀▽,是我們目前仍未揭示的宇宙幾大謎團中的兩個﹡△。

                                                                    測量哈勃常數的難點在於可靠地測量星系的距離⊙♂。在上述測量方法中﹡∵△,研究人員主要是藉助對造父變星和Ia型超新星的運動進行測算∟∴⊙,得出了星系的距離∟☆,從而計算出了哈勃常數的數值☆♂。

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                                                                    除了上述方法┊◇♀,參与歐洲航天局普朗克任務的科學家也藉助對宇宙微波背景的觀測∵∵,計算出了新的哈勃常數值:67.8km/s/Mpc┊。

                                                                    兩個哈勃常數不一致20世紀20年代□↑,哈勃(哈勃太空望遠鏡就是以他的名字命名)等人發現∵π□,宇宙正在膨脹——因為大多數星系離銀河系越來越遠⊿π,且距離銀河系越遠的星系∟◇,後退的速度也越快↑♂。星系遠離銀河系的速度和星系與銀河系的距離之間的比率大致恆定⊙,這一比率被稱為哈勃常數↑∵⌒。

                                                                    科學家一直試圖找到比造父變星更好的「標準燭光」△☆π,因為造父變星往往存在於擁擠且充滿灰塵的區域?,這可能會使對其亮度的估計發生扭曲┊♀□。為此∴↑,弗里德曼和同事避開了造父變星♂┊,使用紅巨星作為測量更遙遠星系的「標準燭光」〇∟。

                                                                    紅巨星被選作新的「標準燭光」問題還未解決時◇π◇,科學家的另一條測量路徑π▽,讓整個事件更加撲朔迷離∴∵。芝加哥大學天文學家溫迪·弗里德曼領導的團隊更新了哈勃測量方法中的一個關鍵要素——使用紅巨星而非造父變星作為宇宙「標準燭光」△□,得到了69.8km/s/Mpc的值∵⊙。

                                                                    目前〇⊙∵,科學家正在尋找解決辦法〇,希望對宇宙學標準模型進行修改◇□◇,使其能解釋哈勃常數兩個值不兼容的問題☆◇∵。

                                                                    ]

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                                                                    弗里德曼在接受《自然》雜誌採訪時說:「現在□,我們正試圖解釋這一切↑□。如果宇宙膨脹速度之間的差異沒有解決〇﹡⊙,那麼□┊,可能意味着天文學家用來解釋其數據的一些基本理論——如關於暗物質性質的假設可能是錯誤的∟∴。」(科技日報北京7月22日電)

                                                                    經過研究計算⌒π◇,哈勃發現⌒,一個星系與地球的距離每增加百萬秒差距(Mpc◇▽♂,約326萬光年)□□,該星系遠離地球的速度就增加500公里/秒⊿,所以那時♂π⌒,哈勃測出的哈勃常數值為500公里/秒/百萬秒差距(km/s/Mpc)π♀。

                                                                    或與暗能量有關據英國《科學新聞》雜誌網站7月17日報道♂□,對此差異⌒﹡♀,里斯提出了一些可能的解釋π。一種可能是π◇,促使宇宙加速膨脹的暗能量可能會以更大的力或者越來越大的力把星系推離〇,這意味着宇宙膨脹的加速度本身在宇宙中沒有恆定值┊♀∴,而是隨着時間變化∴。里斯憑1998年發現宇宙加速膨脹與他人共享諾貝爾獎⊿。

                                                                    造父變星是一類特殊的恆星┊⊿♂,其亮度變化周期與自身光度直接相關♂?↑,因而可用於測量星系等的距離?♂▽。而Ia型超新星則是一類爆發的恆星┊∴〇,其亮度基本恆定◇〇,所以二者在天文學上均被當作「標準燭光」◇⊙□,用於計算遙遠星系的距離∵π⌒。在里斯的研究中∵,他們對約2400顆造父變星和約300顆Ia型超新星的運動進行了測算♀∴△。

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