來自卡內(nèi)基大學和芝加哥大學一組合作者利用哈勃太空望遠鏡觀測到的紅巨星，對宇宙膨脹的速度進行了全新測量，這讓他們的研究陷入了一場激烈的爭論之中。其研究結果將在《天體物理學》上發(fā)表，該研究結果正好落在前兩種相互競爭的數(shù)值觀之間。將近一個世紀以前，卡內(nèi)基大學天文學家埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)，自從宇宙在大爆炸中爆炸形成以來，它一直在持續(xù)增長。但是精確地說，宇宙膨脹的速度（哈勃常數(shù)）仍然難以捉摸。
哈勃常數(shù)幫助科學家勾勒出宇宙的歷史和結構，對它的精確測量可能揭示出這個流行模型的任何缺陷。哈勃常數(shù)是宇宙參數(shù)，它決定了宇宙的絕對規(guī)模、大小和年齡，這是我們量化宇宙演化最直接的方法之一。到目前為止，有兩種主要的工具用來測量宇宙膨脹率。不幸的是，結果并不一致，即使雙方都在做越來越精確的讀數(shù)，這兩個數(shù)字之間的緊張關系仍然存在。然而，這兩個值之間的差異有可能是由于一種或兩種方法中的一種。
或兩種方法的系統(tǒng)不準確造成，這促使研究團隊開發(fā)新技術?？▋?nèi)基大學首創(chuàng)的一種方法是使用一種叫做造父變星的恒星，這種恒星每隔一定的時間就會發(fā)生脈沖。由于已知它們脈沖的頻率與其固有亮度有關，天文學家可以利用它們的亮度和脈沖周期來測量與地球的距離。合著者之一卡內(nèi)基大學的巴里·馬多雷說：從遠處看，兩個很可能看起來是一樣的，但“聽”它們的音調(diào)可以發(fā)現(xiàn)，一個實際上更大、更遠，而另一個則更小、更近。
同樣，將遙遠造父變星的亮度與鄰近造父變星亮度進行比較，就能確定每顆恒星的主星系離地球有多遠。”當一個天體的距離已知時，測量它遠離地球的速度就能揭示宇宙膨脹速度。這兩個數(shù)字的比值就是是哈勃常數(shù)。第二種方法使用大爆炸留下的余輝，它被稱為宇宙背景輻射，是我們能看到的最古老光。在由嬰兒宇宙組成的濃稠等離子體中，壓縮模式仍然可以被看到，并被描繪成輕微的溫度變化。
這些波紋記錄了宇宙最初幾個瞬間，可以通過一個模型在時間上向前運行，用來預測現(xiàn)在的哈勃常數(shù)。前一種技術測的宇宙膨脹速度是每百萬秒74.0公里，后者說是67.4，如果這是真的，這種差異可能預示著新物理學。弗里德曼領導的卡內(nèi)基-芝加哥哈勃計劃，包括卡內(nèi)基的天文學家馬多、伯恩斯、菲利普斯、里奇和賽貝特，以及卡內(nèi)基-普林斯頓的比頓，開發(fā)了一種計算哈勃常數(shù)的新方法。新技術是基于一種叫做紅巨星的非常明亮的恒星。
在恒星生命周期的某一時刻，這些恒星中的氦被點燃，結構被核心中的新能源重新排列。就像在鳥類的叫聲中一眼就能分辨出潛鳥的叫聲一樣，這種狀態(tài)下紅巨星的峰值亮度也很容易辨別，這使它們成為優(yōu)秀的標準蠟燭。研究小組利用哈勃太空望遠鏡的敏感攝像機在附近星系中尋找紅巨星?？梢园阉胂蟪蓲呙枰蝗喝耍页鲎罡叩哪莻€人，就像最亮的紅巨星經(jīng)歷氦閃光一樣。如果你生活在這樣一個世界里：你知道任何房間里最高的人身高都是一樣（就像我們假設最亮的紅巨星峰值亮度是一樣）。
就可以用這個信息來告訴你，在任何給定的人群中，最高的人離你有多遠。一旦知道了這些新發(fā)現(xiàn)的紅巨星距離，哈勃常數(shù)就可以在另一種標準燭光Ia型超新星的幫助下計算出來，以減少紅巨星與我們相對距離所帶來的不確定性，并將我們的視野延伸到更遠的哈勃流中。根據(jù)紅巨星方法，計算出的宇宙膨脹率是69.8，在之前確定的兩個數(shù)字之間有一個很有挑釁性的下降。三測量數(shù)值都不一樣，這是宇宙學有危機嗎？但目前的答案是：沒有那么快，宇宙標準模型是否完整的問題還有待回答。
博科園｜研究/來自：卡內(nèi)基科學研究所
參考期刊《天體物理學》《arXiv》
Cite: arXiv:1907.05922
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