由加州大學(xué)戴維斯分校領(lǐng)導(dǎo)的一組天文學(xué)家獲得了新數(shù)據(jù)，表明宇宙正在以比預(yù)期更快的速度膨脹。這項(xiàng)研究是在一場(chǎng)關(guān)于宇宙膨脹速度的激烈辯論之后進(jìn)行；到目前為止，測(cè)量結(jié)果仍然不一致。

該小組對(duì)哈勃常數(shù)（宇宙膨脹率）的新測(cè)量涉及一種不同方法，天文學(xué)家使用NASA哈勃空間望遠(yuǎn)鏡(HST)和W.M.Keck天文臺(tái)的自適應(yīng)光學(xué)(AO)系統(tǒng)相結(jié)合來觀察三個(gè)引力透鏡系統(tǒng)，這是第一次使用地基AO技術(shù)獲得哈勃常數(shù)。

研究的合著者、加州大學(xué)戴維斯分校物理學(xué)教授克里斯·法斯納赫特(Chris Fassnacht)說：當(dāng)我20多年前第一次開始研究這個(gè)問題時(shí)，可用儀器限制了可以從觀察中獲得有用數(shù)據(jù)的數(shù)量。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們第一次在全面分析中使用了Keck天文臺(tái)的AO，多年來，我一直覺得AO觀測(cè)可以為這一努力做出很大貢獻(xiàn)，其研究結(jié)果發(fā)表在最新一期的《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上。為了排除任何偏見，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了盲目分析；在研究過程中，研究人員甚至對(duì)自己隱瞞了最終答案。

直到研究人員確信已經(jīng)解決了盡可能多的可能誤差源。這阻止了研究人員進(jìn)行任何調(diào)整以獲得“正確”的值，避免了確認(rèn)偏差和偏見。加州大學(xué)戴維斯分校物理系的主要作者Geoff Chen說：當(dāng)我們認(rèn)為已經(jīng)處理了所有可能的分析問題時(shí)，通過必須公布我們的發(fā)現(xiàn)的，即使答案是瘋狂的，這總是一個(gè)緊張而令人興奮的時(shí)刻。解盲揭示了一個(gè)與哈勃常數(shù)測(cè)量值一致的值，這些測(cè)量值來自于對(duì)接近太陽系天體的觀測(cè)，例如附近的Ia型超新星或引力透鏡系統(tǒng)；研究團(tuán)隊(duì)在分析中使用了后者的天體。

該研究團(tuán)隊(duì)的結(jié)果進(jìn)一步證明了宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型存在問題，該模型顯示宇宙在其歷史早期擴(kuò)張非?？?，然后由于暗物質(zhì)的引力膨脹速度減慢，而現(xiàn)在由于暗能量膨脹又開始加速。這個(gè)宇宙膨脹歷史的模型是用傳統(tǒng)哈勃常數(shù)測(cè)量組合而成，這些常數(shù)是從138億年前宇宙開始時(shí)宇宙微波背景輻射(CMB)（宇宙開始時(shí)的剩余輻射）的“遠(yuǎn)距離”觀測(cè)中獲得。許多小組開始使用不同技術(shù)和研究宇宙的不同部分來獲得哈勃常數(shù)，并發(fā)現(xiàn)從近太陽系和遙遠(yuǎn)天體觀察中獲得的值不一致。

這就是宇宙學(xué)的危機(jī)

加州大學(xué)戴維斯分校物理學(xué)教授克里斯·法斯納赫特(Chris Fassnacht)表示：這就是宇宙學(xué)的危機(jī)，雖然哈勃常數(shù)在給定的時(shí)間內(nèi)在空間任何地方都是恒定，但它在時(shí)間上并不是恒定。因此，當(dāng)比較來自各種技術(shù)的哈勃常數(shù)時(shí)，是在比較早期宇宙(使用遙遠(yuǎn)的觀測(cè))和宇宙的晚期，更現(xiàn)代的部分。這表明，要么是宇宙微波背景輻射的測(cè)量存在問題，而研究小組認(rèn)為這是不可能的，要么是宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型需要以某種方式使用新的物理學(xué)來糾正差異，使用Keck天文臺(tái)的AO系統(tǒng)和Keck II望遠(yuǎn)鏡上第二代(NIRC2)儀器。

研究團(tuán)隊(duì)獲得了三個(gè)著名透鏡類星體系統(tǒng)的本地測(cè)量結(jié)果：PG1115+080，HE0435-1223和RXJ1131-1231。類星體是非常明亮活躍的星系通過巨大的噴流產(chǎn)生，由超大質(zhì)量黑洞提供動(dòng)力，貪婪地吞噬其周圍的物質(zhì)。雖然類星體通常非常遙遠(yuǎn)，但天文學(xué)家能夠通過引力透鏡探測(cè)到它們，這是一種充當(dāng)自然界放大鏡的現(xiàn)象。當(dāng)一個(gè)離地球較近的、足夠大的星系擋住了來自非常遠(yuǎn)類星體的光時(shí)，該星系就可以充當(dāng)透鏡。其引力場(chǎng)將空間本身扭曲，將背景類星體的光彎曲成多個(gè)圖像，使其看起來格外明亮。

有時(shí)，類星體的亮度會(huì)閃爍，而且由于每個(gè)圖像對(duì)應(yīng)于從類星體到望遠(yuǎn)鏡的略微不同路徑長(zhǎng)度，所以每個(gè)圖像的閃爍出現(xiàn)的時(shí)間略有不同，所以并不都是同時(shí)到達(dá)地球。使用HE0435-1223、PG1115+080和RXJ1131-1231，研究小組仔細(xì)測(cè)量了這些時(shí)間延遲，這些延遲與哈勃常數(shù)的值成反比。這使得天文學(xué)家能夠解碼來自這些遙遠(yuǎn)的類星體的光，并收集關(guān)于在光到達(dá)地球過程中宇宙膨脹了多少的信息。使用引力透鏡測(cè)量哈勃常數(shù)最重要的組成部分之一是靈敏和高分辨率成像，到目前為止，最好的，基于鏡頭的哈勃常數(shù)測(cè)量都涉及到使用HST數(shù)據(jù)。

當(dāng)研究人員打開這個(gè)盲區(qū)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了兩樣?xùn)|西。首先與以前基于HST數(shù)據(jù)的測(cè)量值保持一致，證明AO數(shù)據(jù)可以在未來提供一個(gè)強(qiáng)大替代HST數(shù)據(jù)的方法。其次發(fā)現(xiàn)結(jié)合AO和HST數(shù)據(jù)可以得到更精確的結(jié)果。該研究團(tuán)隊(duì)以及地球上許多其他團(tuán)體，正在進(jìn)行更多的研究和觀察，以進(jìn)一步研究?，F(xiàn)在該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明Keck天文臺(tái)的AO系統(tǒng)和HST一樣強(qiáng)大?，F(xiàn)在可以用更多的透鏡類星體系統(tǒng)來嘗試這種方法，以提高測(cè)量哈勃常數(shù)的精度，也許這將使天文學(xué)家們得到一個(gè)更完整的宇宙學(xué)模型。

博科園｜研究/來自：WM凱克天文臺(tái)

參考期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz2547

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