天文學(xué)家們用一種與以往完全不同的恒星，對宇宙膨脹的速度進(jìn)行了新測量。這一修正后的測量結(jié)果來自美國宇航局哈勃太空望遠(yuǎn)鏡(Hubble Space Telescope)，成為天體物理學(xué)中一個備受爭議問題的核心。這個問題可能會導(dǎo)致對宇宙基本性質(zhì)的新解釋。近一個世紀(jì)以來，科學(xué)家們已經(jīng)知道宇宙正在膨脹，這意味著宇宙中星系之間的距離每秒鐘都在變得越來越大。但是，空間究竟在以多快的速度擴(kuò)張，這一被稱為哈勃常數(shù)的數(shù)值，仍然難以捉摸。
現(xiàn)在，芝加哥大學(xué)教授溫迪·弗里德曼和同事們對現(xiàn)代宇宙的膨脹速度有了一個新測量，這表明星系之間的空間，正在以超出科學(xué)家預(yù)期的速度膨脹。弗里德曼的研究是近幾項研究之一，這些研究指出，現(xiàn)代膨脹測量結(jié)果與歐洲航天局(European Space Agency)普朗克(Planck)衛(wèi)星測量的130多億年前宇宙膨脹數(shù)據(jù)之間存在令人不安的差異。隨著越來越多的研究指出預(yù)測和觀測之間存在差異，科學(xué)家們正在考慮是否需要為宇宙基礎(chǔ)物理提出一個新的模型來解釋它。
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。我們之前看到的差異并沒有消失，但這一新證據(jù)表明，對于當(dāng)?shù)挠钪婺Ｐ椭惺欠翊嬖诟拘缘娜毕?，是否存在一個即時且令人信服的理由，目前尚無定論。現(xiàn)在發(fā)表在《天體物理學(xué)》上發(fā)表的一篇新研究論文中，弗里德曼和團(tuán)隊宣布了一項用紅巨星測量哈勃常數(shù)的新方法。用哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的新觀測表明，附近宇宙的膨脹速度略低于每秒70千米/百萬秒(Km/S/Mpc)。
這一測量值略小于哈勃SH0ES(狀態(tài)方程用超新星H0表示)團(tuán)隊使用造父變星(Cepheid variables)報告的74 km/s /Mpc值，造父變星是一種恒星，其脈沖周期與峰值亮度相對應(yīng)。這個由約翰霍普金斯大學(xué)和馬里蘭州巴爾摩市太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的亞當(dāng)·里斯領(lǐng)導(dǎo)研究小組的新報告，他們?yōu)橄赏踝窍蟮木嚯x測量技術(shù)，將觀測結(jié)果提高到迄今為止的最高精度。
測量宇宙膨脹率的一個主要挑戰(zhàn)是很難精確計算到遙遠(yuǎn)物體的距離。弗里德曼領(lǐng)導(dǎo)的研究小組利用遙遠(yuǎn)恒星，對哈勃常數(shù)進(jìn)行了具有里程碑意義的測量。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡主要項目組使用造父變星作為距離標(biāo)記來測量這個值。得出結(jié)論，哈勃常數(shù)對我們宇宙的值是72Km/s /Mpc。但現(xiàn)在，科學(xué)家們采取了一種截然不同的方法：建立一個基于宇宙大爆炸遺留下來的漣漪結(jié)構(gòu)模型，這種結(jié)構(gòu)被稱為宇宙微波背景。
普朗克衛(wèi)星測量結(jié)果使科學(xué)家能夠預(yù)測，早期宇宙可能是如何演變成今天天文學(xué)家能夠測量到的膨脹速率?？茖W(xué)家計算出的數(shù)值為67.4 km/s /Mpc，與造父變星測得的速度74.0 km/s /Mpc存在顯著差異。天文學(xué)家一直在尋找可能導(dǎo)致這種不匹配的任何因素。很自然地，就會產(chǎn)生這樣的疑問：這種差異是來自天文學(xué)家對我們所測量恒星的某些方面還不了解，還是我們的宇宙模型還不完整，或許兩者都需要改進(jìn)。研究小組試圖用一種完全不同的恒星，建立一種新的、完全獨立的哈勃常數(shù)路徑，來檢驗結(jié)果。
某些恒星以一種叫做紅巨星的形式結(jié)束，從現(xiàn)在起，我們的太陽將經(jīng)歷數(shù)十億年的進(jìn)化階段。在某一時刻，這顆恒星經(jīng)歷了一場被稱為氦閃的災(zāi)難性事件，溫度上升到大約1億度，恒星結(jié)構(gòu)被重新排列，最終極大地降低了亮度。天文學(xué)家可以測量不同星系中這一階段紅巨星的表觀亮度，可以用這種方法來確定它們的距離。哈勃常數(shù)是通過比較距離值和目標(biāo)星系的明顯后退速度來計算，后退速度就是星系移動的速度。研究小組的計算結(jié)果表明，哈勃常數(shù)為69.8km/s /Mpc——跨越了普朗克和里斯小組得出的數(shù)值。
最初的想法是，如果造父變星和宇宙微波背景之間存在一個需要解決的問題，那么紅巨星方法可以成為決定性因素。但是研究人員表示，雖然結(jié)果與普朗克的結(jié)果更接近，但結(jié)果似乎并不強烈支持一個答案而不支持另一個。美國宇航局即將發(fā)射的廣域紅外探測望遠(yuǎn)鏡(WFIRST)，計劃于本世紀(jì)20年代中期發(fā)射，將能使天文學(xué)家能夠更好地探索跨越宇宙時間。哈勃式分辨率和100倍的天空視野，將提供豐富的新型Ia超新星、造父變星和紅巨星，從根本上改善對近處和遠(yuǎn)處星系的距離測量。
博科園｜研究/來自：美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心
參考期刊《天體物理學(xué)》
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