哈勃的"巨作":对宇宙膨胀的最精确测量

2022年05月23日 23:32 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

美国宇航局发布了一份巨大的新报告,天文学家称之为哈勃的"巨作"。通过分析来自著名太空望远镜的30年的数据,这项新的研究对宇宙膨胀的速度进行了最精确的测量。一个世纪以来,天文学家已经知道宇宙正在膨胀,这要归功于观察到的星系正在远离我们--它们离我们越远,它们的速度就越快。它们移动的速度,相对于它们与地球的距离,是一个叫做哈勃常数的数字,而测量这个数值是同名太空望远镜的主要任务之一。

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为了测量哈勃常数,天文学家研究那些亮度已知的物体的距离--这样一来,它看起来越暗,就变得越远。对于我们银河系内相对较近的天体或附近的天体来说,这个作用是由Cepheids填补的,这是一类以可预测的模式脉冲的恒星。对于更远的距离,天文学家使用所谓的Ia型超新星--具有明确定义的亮度峰值的宇宙爆炸。

在过去的几十年里,对这些物体的测量使天文学家能够计算出哈勃常数,即每兆星系(/s/Mpc)每秒约70公里(43.5英里)。从本质上讲,距离地球1兆焦耳(约330万光年)的星系将以每秒70公里的速度远离,而每远离1兆焦耳,这一速度就会增长70公里/秒。

为了这项新的研究,一个科学家小组现在已经收集并分析了迄今为止这些天体的最全面的目录,以便对哈勃常数进行迄今为止最精确的测量。这是通过研究哈勃望远镜在过去30年里拍摄的42个同时包含采空区和Ia型超新星的星系而完成的。

该团队的首席科学家亚当-里斯说:"这就是哈勃太空望远镜建立的目的,使用我们知道的最好的技术来做这件事。这很可能是哈勃的'巨作',因为要想把这个样本量增加一倍,还需要哈勃再活30年。"

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由哈勃成像的这36个星系,都包含了Cepheid恒星和Ia型超新星,这是用来计算哈勃常数的两个主要标志。

从这项工作中,该团队计算出的哈勃常数是73公里/秒/Mpc(45.4英里),误差仅为1公里/秒/Mpc(0.6英里)。这使得不确定性下降到仅为1.4%,远比其他测量方法更精确。这种新的精确度可以帮助天文学家改进宇宙学模型,包括更好地估计宇宙的年龄和它的未来可能会发生什么。

"哈勃常数是一个非常特殊的数字,"没有参与这项研究的宇宙学家Licia Verde博士说。"它可以用来穿针引线,从过去到现在,对我们对宇宙的理解进行端对端测试。这需要大量的细致工作"。

然而,一个重大的谜团仍然存在。宇宙学标准模型预测,哈勃常数应该慢得多--大约67.5公里/秒/Mpc(41.9英里),这还得到了对大爆炸留下的背景辐射的观察的支持。这种差异似乎归结于我们在宇宙中的位置--在我们所在的区域常数更快,而在遥远的宇宙中则更慢,即使考虑到了已知的膨胀加速度。

听起来最简单的解释是有人犯了一个错误,但奇怪的是,这两种情况都非常可靠。相反,天文学家建议,新的未知的物理学原理可能在起作用。值得庆幸的是,我们可能不用等太久就能发现这个谜团的新线索--美国宇航局即将推出的詹姆斯-韦伯太空望远镜将能够从更远的距离和更高的分辨率来研究这些相同的标志物。

这项研究将发表在《天体物理学杂志》上:

https://arxiv.org/pdf/2112.04510.pdf

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