透過測量遙遠星系周圍光的彎曲方式,一群天文學家驗證了早期的發現,即我們的宇宙不僅在變大,而且膨脹速度比之前想像的要快得多。
唯一的問題是,這些新的計算與先前的觀測結果不符,這表明要么我們的測量出了問題,要么我們現在正在研究新物理學的影響。。
近一個世紀以來,我們就知道宇宙正在變得越來越大——自從比利時天文學家喬治·勒梅特認為來自遙遠星系的光波的拉伸意味著空間正在向各個方向遠離我們擴展。
然而九個十年過去了,我們仍然不確定是什麼導致太空膨脹。而且看起來這種擴張正在加速。
諾貝爾獎得主所做的工作布萊恩·施密特和尼古拉斯·B·桑采夫在 20 世紀 90 年代,他提出了一個模型,該模型表明宇宙的膨脹並未減慢,而是在加速。
現在揮之不去的問題是:宇宙的膨脹速度到底有多快?
這種增加的膨脹率由以下公式描述:。
「哈伯常數對現代天文學至關重要,因為它可以幫助確認或反駁我們的宇宙圖景是否由以下組成:,和正常物質 - 實際上是正確的,或者如果我們錯過了一些基本的東西,”首席研究員 Sherry Suyu 說道來自德國馬克斯普朗克天文物理研究所。
但哈伯常數有一個問題——物理學家不能完全就一個數字達成一致。
2016 年的一項研究是基於哈伯太空望遠鏡去年的數據,得出了最迄今為止哈伯常數的準確估計,但它不同意普朗克望遠鏡的觀測結果,該望遠鏡測量宇宙的宇宙背景輻射。
這意味著我們目前的物理學無法解釋宇宙如何像哈伯望遠鏡所顯示的那樣快速膨脹。
由於無法將這些數字排列起來,物理學家對自己是否真正理解宇宙如何運作缺乏信心。
去年哈伯發現時,諾貝爾獎得主亞當·里斯解釋說:“你從兩端開始,如果你所有的圖紙都正確並且測量也正確,你期望在中間相交。但現在兩端並沒有完全在中間相交,我們想知道為什麼。”
為了一勞永逸地弄清楚到底發生了什麼,蘇宇和她的同事使用了一種略有不同的技術來測量哈伯常數。
一群天文學家不是直接測量光,而是來自這個名字奇妙的地方H0鋰牛協作(代表 H0COSMOGRAIL 的 Wellspring 中的透鏡利用光線在五個遙遠星系的重力井周圍彎曲的方式來測量它們遠離我們膨脹的速度。
這些星係是根據它們在我們和更遠的星系之間的位置而被選擇的類星體- 其他星系中心的超明亮空間區域。
由於重力扭曲空間的方式就像床墊上的保齡球一樣,類星體發出的光在重力密集的星系周圍彎曲成曲線,這種現象稱為重力透鏡。
鑑於星系並不完美,這為天文學家提供了每個遙遠類星體的多張圖像。
每張影像都是光的快照,其繞銀河系的路徑略有不同。因此,隨著類星體亮度的變化,天文學家可以使用多張圖像來計算哈伯常數——星系遠離我們的速度。
「我們的方法是測量哈伯常數最簡單、最直接的方法,因為它只使用幾何和,沒有其他假設,”團隊成員之一解釋道,Frédéric Courbin,來自瑞士洛桑聯邦理工學院。
利用這些新的觀測結果,該團隊能夠將哈伯常數估計值更新為每秒 71.9 ± 2.7 公里兆秒差距(44.6 ± 1.7 英哩每秒每兆秒差距)。一兆秒差距約 330 萬光年。
這個估計與哈伯望遠鏡估計去年做的。由於新的精確測量,該團隊能夠計算出該數字的準確度為 3.8%。
但儘管這個數字有多有信心,它仍然與普朗克望遠鏡預測的數字不符,普朗克望遠鏡觀察到的是太陽輻射留下的輻射。。
該數據顯示擴張速度較慢 - 去年,普朗克望遠鏡哈伯常數的估計為 67.8 ± 0.9 公里每秒每兆秒差距(42.1± 0.5 英里每秒每兆秒差距)。
那麼現在進一步的結果證實了這兩個數字的差距,這又意味著什麼?
這可能是多種原因之一——計算普朗克哈伯常數時所做的假設可能是錯誤的。或者我們可能只是看到統計波動。
或者,更有趣的是,這種差異可能是我們尚未發現的全新物理學的結果,它影響著宇宙成長的方式。
“現在開始以不同的方式以如此高的精度測量宇宙的膨脹率,實際的差異可能指向超出我們當前宇宙知識的新物理學,”蘇玉說。
團隊現在計劃透過對多達 100 個類星體進行相同的測量來縮小誤差範圍,看看它們的哈伯常數是否保持一致。
“如果當誤差線縮小時你仍然看到一些東西,也許這是超越宇宙學標準模型的新物理學,”團隊成員說克里斯法斯納赫特 (Chris Fassnacht),來自加州大學戴維斯分校。
這項研究將發表在一系列論文中英國皇家天文學會每月通知本星期。但你現在可以在線閱讀論文這裡,這裡, 和這裡。