科学家通过伽马射线研究重新计算宇宙的膨胀速度

2019年11月11日 11:12 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

科学家们普遍认为,宇宙正在膨胀,膨胀速度正在加快,但是针对速度究竟发生多快仍尚有争议。现在,克莱姆森大学的天体物理学家通过研究伽玛射线与宇宙背景辐射的相互作用,提出了一个新的宇宙膨胀速度-即所谓哈勃常数(Hubble Constant)。

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哈勃常数以天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)的名字命名,他首先发现了宇宙正在膨胀。爱因斯坦实际上在较早的方程中发现了这一点,但他以为自己是错的,因此重新调整了模型以模拟静态宇宙。他很快向哈勃承认,称这个假设为他有史以来最大的错误。

1929年,哈勃得出的最初的哈勃常数值500公里公里/(秒·百万秒差距),百万秒差距是度量天体距离的单位,约为326万光年。基本上,这意味着距离较近的星系以更快的速度远离我们。此后,哈勃常数值一直被不断大幅下调,在过去的20多年中,许多不同的测量方法将其定为70公里/(秒·百万秒差距)左右。

而现在,克莱姆森团队已经达到了一个新的数字:67.5公里/(秒·百万秒差距)。该团队通过分析费米伽玛射线太空望远镜和大气伽玛切伦科夫成像望远镜的数据,得出了这一结论,以确定来自遥远源头的伽玛射线如何与渗透到宇宙中的“雾”相互作用。

这种雾也称为河外背景光(EBL),它由恒星和其他天体发出的所有紫外线、可见光和红外光组成。当伽马射线与EBL相互作用时,会留下一个印记,科学家可以对其进行分析,以确定有关其“长途旅程”的新线索,以及这些“旅程”将持续多长时间。

该研究的作者Marco Ajello表示:“我们知道,来自银河外源的伽马射线光子在宇宙中传播到地球,在那里它们可以通过与星光中的光子相互作用而被吸收。相互作用的速度取决于它们在宇宙中旅行的时间。他们旅行的长度取决于扩展。如果膨胀速度慢,则它们会行进一小段距离。如果速度很快,它们会传播很远的距离。因此,我们测量的吸收量在很大程度上取决于哈勃常数的值。我们所做的就是扭转这一局面,并用它来限制宇宙的膨胀速度。”

新的测量值为67.5公里/(秒·百万秒差距),这意味着宇宙的膨胀速度可能比通常认为的慢。例如,在2012年,使用Spitzer空间望远镜进行的一项研究计算出的哈勃常数为74.3 公里/(秒·百万秒差距)。另一项使用哈勃太空望远镜的研究将这一数字定为73.2公里/(秒·百万秒差距)。

尽管微小的变化对地球上的普通人来说并没有多大意义,但完善哈勃常数对于理解宇宙的过去,现在和未来至关重要。

该研究的作者Dieter Hartmann表示:“天文学界正在投入大量的金钱和资源来进行包括所有不同参数在内的精密宇宙学研究,包括哈勃常数。我们对这些基本常数的理解已经定义了我们现在所知道的宇宙。当我们对其理解变得更加精确时,我们对宇宙的定义也会变得更加精确,这将带来新的见解和发现。”

该研究发表在《天体物理学杂志》上。

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