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哈勃常数争论不休,到底是模型错了还是科学家计算错了?

宇宙膨胀的速度有多快?现在谁也无法确定。一直以来,科学界依靠来自六个类星体的光线的引力透镜效应来测量宇宙膨胀的数值,但是这一切似乎变得越来越混乱,物理学上的危机已经到来。通过观察来自遥远明亮物体的光线弯曲的过程,研究人员增加了计算宇宙膨胀率的不同方法之间的差异。

哈勃常数争论不休,到底是模型错了还是科学家计算错了?

加州大学戴维斯分校的宇宙学家Geoff Chih-Fan Chen周三(1月8日)在檀香山举行的美国天文学会第235次会议的新闻发布会上说:“这些测量结果与宇宙学的危机相符。”

科学家们争论的是一个被称为哈勃常数的数字。近一个世纪前,美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)发现,宇宙中的每个星系与地球的距离都是成正比的。这并不意味着地球是宇宙的中心。相反,这一发现告诉科学家,宇宙正在膨胀,两个物体之间的距离有多远,以及它们彼此之间的后退速度有多快,这两者之间有直接的关系。哈勃常数的值包含了这种速度-距离的联系。

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问题是,近年来,不同的团队对这个常数的确切值有不同的看法。宇宙微波背景(CMB)是大爆炸留下的残余物,它提供了早期宇宙的快照。测量表明,哈勃常数是每百万光年46200英里每小时(或者,用宇宙学家的单位,每百万秒67.4公里每秒)。但是通过观察被称为造父变星的脉动恒星,另一组天文学家计算出哈勃常数为每百万光年50400英里(73.4千米/秒/Mpc)。

差异似乎不大,但科学是严谨的,因此双方都不愿意承认其方法上的重大错误。这项由COSMOGRAIL (H0LICOW)合作的H0透镜进行的新测量,试图以一种全新的方式计算哈勃常数。

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这种方法利用了宇宙中大量物体会扭曲时空结构这一事实,这意味着光在经过这些物体时会弯曲。被称为类星体的超亮黑洞有时会被发现在大的前景星系后面,它们的光会被这种被称为引力透镜的弯曲过程所扭曲。

H0LiCOW团队使用哈勃太空望远镜研究了6个类星体发出的光,这些类星体距离地球30到65亿光年。当类星体的黑洞吞噬物质时,它们的光会闪烁。

科学家表示,其间的引力透镜星系使每个类星体的光线弯曲,因此类星体的闪烁到达地球的时间取决于它围绕前景星系的路径。他补充说,时间延迟的长度提供了一种探测宇宙膨胀率的方法。

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H0LiCOW计算出的哈勃常数为每百万光年50331英里每小时(73.3公里/秒/Mpc),与造父变星提供的数值非常接近,但与宇宙微波背景辐射的测量值相差甚远。

值得注意的是,去年对哈勃常数的另一项独立测量,是用巨大的红星进行的,正好落在了两边之间,计算出的值为每百万光年47300英里(69.8公里/秒/Mpc)。

尽管如此,科学家表示,不同的数字距离足够远,我们的宇宙模型可能有问题。他补充说,越来越多的物理学家承认这一点,因为独立的测量结果仍然不一致。研究人员可能不得不提出新的物理学理论来解释这一现象。

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