來自卡內(nèi)基大學(xué)和芝加哥大學(xué)一組合作者利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測到的紅巨星，對宇宙膨脹的速度進(jìn)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(jié)果將在《天體物理學(xué)》上發(fā)表，該研究結(jié)果正好落在前兩種相互競爭的數(shù)值觀之間。

將近一個(gè)世紀(jì)以前，卡內(nèi)基大學(xué)天文學(xué)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(xué)家勾勒出宇宙的歷史和結(jié)構(gòu)，對它的精確測量可能揭示出這個(gè)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(jié)果并不一致，即使雙方都在做越來越精確的讀數(shù)，這兩個(gè)數(shù)字之間的緊張關(guān)系仍然存在。然而，這兩個(gè)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(zhǔn)確造成，這促使研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)新技術(shù)?？▋?nèi)基大學(xué)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(shí)間就會(huì)發(fā)生脈沖。由于已知它們脈沖的頻率與其固有亮度有關(guān)，天文學(xué)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(xué)的巴里·馬多雷說：從遠(yuǎn)處看，兩個(gè)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(gè)實(shí)際上更大、更遠(yuǎn)，而另一個(gè)則更小、更近。

同樣，將遙遠(yuǎn)造父變星的亮度與鄰近造父變星亮度進(jìn)行比較，就能確定每顆恒星的主星系離地球有多遠(yuǎn)。”當(dāng)一個(gè)天體的距離已知時(shí)，測量它遠(yuǎn)離地球的速度就能揭示宇宙膨脹速度。這兩個(gè)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(gè)瞬間，可以通過一個(gè)模型在時(shí)間上向前運(yùn)行，用來預(yù)測現(xiàn)在的哈勃常數(shù)。前一種技術(shù)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(yù)示著新物理學(xué)。弗里德曼領(lǐng)導(dǎo)的卡內(nèi)基-芝加哥哈勃計(jì)劃，包括卡內(nèi)基的天文學(xué)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(jì)算哈勃常數(shù)的新方法。新技術(shù)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(shí)刻，這些恒星中的氦被點(diǎn)燃，結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)蠟燭。研究小組利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的敏感攝像機(jī)在附近星系中尋找紅巨星?？梢园阉胂蟪蓲呙枰蝗喝?，找出最高的那個(gè)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(gè)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(shè)最亮的紅巨星峰值亮度是一樣）。

就可以用這個(gè)信息來告訴你，在任何給定的人群中，最高的人離你有多遠(yuǎn)。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(biāo)準(zhǔn)燭光Ia型超新星的幫助下計(jì)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(yuǎn)的哈勃流中。根據(jù)紅巨星方法，計(jì)算出的宇宙膨脹率是69.8，在之前確定的兩個(gè)數(shù)字之間有一個(gè)很有挑釁性的下降。三測量數(shù)值都不一樣，這是宇宙學(xué)有危機(jī)嗎？但目前的答案是：沒有那么快，宇宙標(biāo)準(zhǔn)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(xué)研究所

參考期刊《天體物理學(xué)》《arXiv》

Cite: arXiv:1907.05922

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