天文學家們用一種與以往完全不同的恒星，對宇宙膨脹的速度進行了新測量。這一修正后的測量結(jié)果來自美國宇航局哈勃太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)，成為天體物理學中一個備受爭議問題的核心。

這個問題可能會導致對宇宙基本性質(zhì)的新解釋。近一個世紀以來，科學家們已經(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，正在以超出科學家預期的速度膨脹。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測和觀測之間存在差異，科學家們正在考慮是否需要為宇宙基礎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?shù)挠钪婺Ｐ椭惺欠翊嬖诟拘缘娜毕荩欠翊嬖谝粋€即時且令人信服的理由，目前尚無定論?，F(xiàn)在發(fā)表在《天體物理學》上發(fā)表的一篇新研究論文中，弗里德曼和團隊宣布了一項用紅巨星測量哈勃常數(shù)的新方法。用哈勃望遠鏡進行的新觀測表明，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。這個由約翰霍普金斯大學和馬里蘭州巴爾摩市太空望遠鏡科學研究所的亞當·里斯領(lǐng)導研究小組的新報告，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。

如何測量膨脹

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物體的距離。弗里德曼領(lǐng)導的研究小組利用遙遠恒星，對哈勃常數(shù)進行了具有里程碑意義的測量。哈勃太空望遠鏡主要項目組使用造父變星作為距離標記來測量這個值。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)果使科學家能夠預測，早期宇宙可能是如何演變成今天天文學家能夠測量到的膨脹速率?？茖W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。天文學家一直在尋找可能導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。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鏡(WFIRST)，計劃于本世紀20年代中期發(fā)射，將能使天文學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處星系的距離測量。

博科園｜研究/來自：美國宇航局戈達德太空飛行中心

參考期刊《天體物理學》

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