当前位置:亚洲城ca88手机版网页 > 自然科学 >

哈勃常数之争 宇宙膨胀研究引领物理学新方向—

发布时间:2017-12-04 阅读:

  哈勃不断争论宇宙通货膨胀研究引领物理新方向 - 新闻 - 科学网

  上世纪90年代初,美国加州卡内基天文台的工作人员正在庆祝圣诞节。温迪·弗里德曼还在图书馆孤身一人研究一个棘手的问题:宇宙的膨胀。

  然而,弗里德曼的沉默很快被天文学家艾伦·桑德奇打破了。桑德奇一直是宇宙缓慢扩张的支持者,而弗里德曼的最新研究却驳斥了这个理论。

  他很生气。现在在芝加哥大学的弗里德曼回忆说,我意识到这个大楼里只有两个人,他退后一步,看起来不友好。

  小错误

  在普遍接受的宇宙学模型中,宇宙的演化主要依靠暗物质和暗能量之间的竞争。暗物质的引力倾向于减缓宇宙的膨胀,而暗能量则推向相反的方向,加速宇宙的膨胀。但是根据几个观测站的测量结果,宇宙学家能够预测年轻宇宙将如何演变,包括它在历史上的任何一点膨胀的速度。多年来,这些预言与宇宙当前扩张的直接测量结果(称为哈勃常数)不一致。

  哈勃常数以天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)的名字命名,他在卡内基天文台(Carnegie Observatory)发现了宇宙的膨胀。通过观察附近星系远离银河系的速度有多快,科学家们可以利用被称为标准烛光的已知恒星的固有亮度来计算哈勃常数。

  在2001年,Freedman报告哈勃常数的第一个精确测量哈勃常数是728.弗里德曼认为标准烛光本身在精密测量方面本身并不可靠,团队正在研究基于不同类型恒星的替代方案。

  研究人员还根据CMB地图进行了计算。许多科学家认为暗物质和暗能量的相对贡献来自大爆炸后的辐射残余物。欧洲航天局的普朗克天文台近年来对其进行了详细的描述,实质上是对大约40万年前年轻宇宙的描绘。

  通过预测宇宙中能量和物质的相互牵引,科学家们修正了哈勃常数,但结果与之前的结果不符。这意味着有一个错误。双方正在用自己的方法来找出缺陷所在,并争取公布测量结果。我们不知道未来会发生什么。弗里德曼说。

  但如果辩论继续下去,将会削减现代宇宙学的空间。这也意味着现代理论已经失去了一些可以规范现在和过去的因素。我认为在标准的宇宙模型中还有一些我们还没有弄清楚。美国约翰霍普金斯大学的天体物理学家亚当·里斯(Adam Riess)说。里斯在上个世纪末发现了黑暗的能量,而他先前的观察表明暗能量的强度在整个宇宙的历史中是不变的。

  去年,Riess的研究小组从哈勃太空望远镜观测了数百小时,研究了18个星系的两个标准蜡烛,测得的恒定不确定度为2.4%,低于之前3.3%的最好结果,发现宇宙膨胀率比基于普朗克数据的预测值快大约8%。

  这个理论引起了轩然大波,如果是真的话,新的哈勃常数显然不符合普朗克天文台2013年关于宇宙大爆炸残余数据的结论。后者较低,表现为较慢的扩张速度。

  现在,这个团队不仅追求精确的哈勃常数,而且还想精炼它,看看它是否随着时间的推移而变化。如果新测量的哈勃常数和普朗克团队以前测量的结果都是准确的,那么标准模型需要一些修改。一种可能性是构成暗物质的基本粒子具有与当前理论不同的性质,这将影响早期宇宙的演变。另一种选择是黑暗能量不会永远持续下去,而是在近期变得越来越强大。但是里斯至今还没有任何线索。

  找出答案

  哈勃常数的发现可以追溯到20世纪20年代。当时,哈勃发现,这些星系似乎都离人远,离得越远,它们离开的速度就越快。一直以来,天文学家都认为宇宙是静止的,这个观点是宇宙在扩张。之后,哈勃还发现宇宙的膨胀速度是一个常数。

  为了找出宇宙的扩张速度,哈勃需要精确的星系间距,而不仅仅是基于亮度的相对亮度。所以他提出了标准烛光的概念。在1929年,哈勃应用造父变星和星系中最亮的恒星到标称距离,这表明星系外星系的“视速度与距离成正比,速度距离比为500.几年后,哈勃等人测量第二次在558,后来修改为526。

  到目前为止,许多天文学家使用各种方法测量了哈勃常数,但结果的数值远远落后。在1949年,哈勃把指挥棒交给桑德奇。随着卡内基天文台更高的分辨率和更大的光线聚集,桑德奇在更远的星系中确定了尸体恒星。到80年代,桑德奇的数字大约为50人。后来,法国天文学家拉德·德·沃库勒尔提出了一个哈勃常数100。

  弗里德曼当时从与桑德奇的争端中脱身而出,决定利用更强大的新工具 - 哈勃太空望远镜。这使得弗里德曼团队比桑德奇发现了十多倍的造父变星。在二零零一年,弗里德曼研究小组把哈勃常数限制在72 8。这一结论结束了桑德奇和德沃考勒之间的争吵。此后不久,在2003年,科学家使用约72个值的卫星测量了Wilcison微波各向异性探测器(WMAP)。

  然而从那以后,天文学家们看到哈勃不断增加,而错误率正在缩小。 Riess利用哈勃太空望远镜的红外相机找到最新的哈勃常数73.24,同时普朗克团队制作了更高分辨率和温度敏感的CMB图像,测量结果为67.8。

  我认为这很难被解释为一个统计错误。 WMAP小组组长兼约翰·霍普金斯大学(Johns Hopkins University)日常物理学家Chuck Bennett说。

  新的开始

  双方都确信这是正确的。作为普朗克团队的一员,英国剑桥大学的人类学家乔治·埃夫斯塔西奥(George Efstathiou)表示,普朗克的数据绝对正确。

  其他人则认为,这些辩论可能是重大事件的开始。普林斯顿大学(Princeton University)的宇宙学家大卫·斯佩格尔(David Spergel)认为这种偏差是非常有趣的,但他认为这并不意味着新物理学的出现。不过,芝加哥大学的特纳(Michael S. Turner)认为,如果这种差异是真实的,那么这可能是一个重大发现,新见解和突破的机会。

  宇宙学家也想用Takama望远镜把结果联系起来。 Riess等人认为现代和原始结果都需要进行精确调整,因为普朗克间接测量了哈勃常数,作为标准宇宙学模型的几个参数之一。

  哈勃常数不会继续模棱两可。普林斯顿大学天体物理学家莱曼·佩奇(Lyman Page)表示,理论家有责任缩小数字之间的差异。

  一个解决方案是向标准模型添加额外的元素。中巴在大爆炸后提供了能源预算的总体预算。爱因斯坦的方程E = mc2表明能量可以表现为一种物质,所以它的引力减慢了宇宙的膨胀速度。但随着时间的推移,辐射被冷却,失去能量,从而稀释重力的影响。

  另一个涉及中微子。目前已知有三种中微子,如果有第四种中微子,则意味着早期宇宙的膨胀比预期的要快。

  另一个可能的因素是所谓的幽灵暗能量。宇宙当前的模型假定暗能量强度是一个常数。如果随着时间的推移暗能量变化很小,这将解释为什么现在的宇宙正在快速扩张。但是对普朗克团队的英国伦敦大学学院天体物理学家Hiranya Peiris的批评认为,暗能量是不可变的。

  弗里德曼认为,解决这个争吵的唯一方法是利用新的观察数据来毒化病毒。她和她的同事们计划不使用造父变星进行校准,而是使用其他变星和红巨星。他们将使用他们的30口径自动望远镜研究附近的星系,并使用哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜监测遥远的星系。

  (张璋编)

  中国科学通报(2017-03-13第3版国际)

  \\ u0026

  阅读更多

  \\ u0026

  科学相关文章(英文)

关键词: 自然科学