加利福尼亞州聖塔芭芭拉。- 從會議開始時,“危機”一詞懸在空中。
在一個房間裡,距離聖塔芭芭拉(Santa Barbara)的海洋僅幾步之遙,天文學家和物理學家不停地坐在椅子上。陽光和海風招呼,但科學家卻隱藏了自己,以辯論物理學最大的難題之一:宇宙的擴張速度。
基於爆炸恆星或超新星的估計表明,大約138億年前,宇宙的增長比大爆炸後發出的光的增長速度約為10%。現在,基於對名為類星體的發光物體觀察的測量結果將問題推向了一個被稱為五個Sigma的統計基準,表示問題是值得認真對待的。
7月15日,在房間的前面,兩名獲獎物理巨人辯論了適當的警報水平。巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的宇宙學家亞當·里斯(Adam Riess)查詢了理論粒子物理學家戴維·格羅斯(David Gross):粒子物理學家將如何指出這麼大的差異?
“如果我們發現這樣的東西……我們不會將其稱為緊張或問題,而是危機,”加利福尼亞大學聖塔芭芭拉分校的Kavli理論物理學學院的Gross說。
會議上的科學家立即採用“危機”一詞來描述擴展估計的差異。但是並非所有人都同意這個問題是真實的。在物理學家的麥克風滴版本中,一項研究於當晚在線出現,挑戰了敘事。超新星技術的新版本發現了哈勃常數的值,哈勃常數量化了宇宙擴展的參數,這與早期宇宙的測量值一致。所以 - 危機,還是沒有?
危及了很多,包括科學家對宇宙所包含的內容以及隨著時間的流逝如何發展的基本理解。到目前為止,一種稱為標準宇宙學模型的理論成功地解釋了各種各樣的宇宙觀察。但是,在宇宙擴展的測量中的差異可能意味著模型本身需要大大改變。
如果無法通過實驗錯誤來解釋僵局,則理論物理學家Vivian Poulin和Laboratoire Univers et preatione de Montpellier在法國,“這意味著我們真的很重要的是,我們從非常早期的世界中不了解。”如果嬰兒宇宙中發生未知現象(例如不同類型的暗能量或新的亞原子顆粒),這可能會改變我們對宇宙如何發展的理解,並可能使這兩個測量結果重新融為一致。
一個不斷擴大的問題
測量宇宙當前擴展的一種技術是拍攝宇宙的“嬰兒圖片”,並推斷為當今。嬰兒圖像是宇宙微波背景,在大爆炸後僅380,000年發出的光。為了將這些信息轉化為現代宇宙的擴展率,科學家使用標準宇宙學模型來做出預測。

使用該策略,普朗克實驗的科學家估計宇宙正在擴展每個兆帕省的速度為每秒67.4公里,約為300萬光年,物體之間的距離(SN:3/21/15,p。 7)。這個數字幾乎沒有搖擺的空間來分歧:實驗誤差僅為0.5 km/s/mpc。
但是,超新星測量結果已達到74.0 km/s/mpc的較大膨脹率,誤差為1.4 km/s/mpc。這在兩個估計值之間留下了莫名其妙的差距。現在,“社區已經開始非常重視這個問題,”杜克大學的宇宙學家丹尼爾·斯科尼奇(Daniel Scolnic)說,他從事由Riess領導的超新星項目,名為SH0ES。
宇宙學家在會議上的宇宙學家勞埃德·諾克斯(Lloyd Knox)說,普朗克測量中的實驗錯誤不可能解釋出差異:前景“不是我們當前危機的可能路線”。另外,另一種具有在早期宇宙中的基礎的技術,即在與其他測量結果結合使用時,聲波的測量被稱為Baryon聲學振盪 - 與Planck結果一致。
因此,擔心的是超新星測量值包含未劃分的系統錯誤的可能性 - 將SH0ES估算到更大的價值的偏見。 “什麼讓我晚上保持清醒的是,當我們只做一種方法時,我們可能不知道的系統學是什麼?”芝加哥大學的宇宙學家溫迪·弗里德曼(Wendy Freedman)說。
弗里德曼(Freedman)自行檢查一下。
距離困難
為了衡量宇宙目前的擴展速度,科學家需要結合兩個信息:距離對像似乎距離我們的速度速度有多快,以及它們的距離。第一個相對容易。科學家們尋找紅移,物體發出的光的波長。
測量距離要棘手。天文學家採用“標準蠟燭”,即發出一致,可量化的亮度的天體物體,例如稱為1A型的超新星品種的爆炸。與真實的蠟燭一樣,如果知道物體的亮度,我們可以通過由於距離而變暗的程度來確定它的距離是多遠。
設置距離尺度需要一個“距離梯”,使用附近的亮度均勻的物體作為通往超新星的橋樑。作為那個距離梯子的一個梯級,SH0ES團隊使用了稱為Cepheids的恆星,其亮度經常變化,以使科學家估計其整體亮度。
要檢查以前的超新星結果,弗里德曼扔掉了那個距離梯子。她及其同事們使用了稱為紅色巨人隊的星星,而不是頭目,在他們的生活中的某個階段,它實現了每個恆星相同的最大亮度。弗里德曼說,結果“與開頭完全不同。”
弗里德曼(Freedman)在一個正常不可證實的研究人員的聚會中震撼了一個正常不可證實的研究人員的聚會,在會議第二天的演講中揭示了她的團隊的成績,以及在一項研究中接受的一項研究。天體物理學期。結果彼此之間SH0ES和PLANCK的相互估計為69.8 km/s/mpc。弗里德曼(Freedman)堅定地堅定不移,推遲了危機的聲明,說她的團隊的結果應該導致研究人員暫停((SN Online:19/7/16/19)。
聖牛,h0licow
但是,即使弗里德曼(Freedman)的啟示卻削弱了危機的案例,朝向其宣告的動力已經在建立。會議前幾天,H0licow合作發布了兩項研究在arxiv.org上哈勃常數的測量基於類星體的重力鏡頭,明亮的光源由銀河系中心的超級質量黑洞供電。
就像鏡頭一樣,巨大的物體可以彎曲光的路徑。研究人員研究了這種重力透鏡已將其分為多個圖像的類星體,使一個類星體看起來像兩個或更多。該現像類似於您可能看到的魚的加倍圖像,因為它在魚缸的角落附近游泳。

研究這些類星體圖像閃爍如何導致哈勃常數為73.3 km/s/mpc,支持危機的想法。加利福尼亞大學戴維斯分校的宇宙學家Geoff Chih-fan Chen說:“在我們的結果之後,這似乎更加真實。”
至關重要的是,研究人員“盲目”做了他們的工作,這意味著他們將答案隱藏起來,直到分析最終確定為止。該技術可以防止分析儀與先前測量的哈勃常數值保持一致的趨勢。 Chen說,儘管令人眼花亂,但結果就像SH0ES結果的“迴聲”。
同時,哈佛大學天體物理學中心的天文學家馬克·里德(Mark Reid)報告了基於象徵員的哈勃恆定測量值 - 在黑洞周圍散發出特定波長的黑洞,類似於激光的氣體。該估計值同樣與較高的值集(約74 km/s/mpc)一致。
在會議上還提出了基於圖像(76.5 km/s/mpc)的星系亮度的變化,以及超新星技術的另一種變化,該技術使用了稱為MIRAS代替恆星的恆星代替Cepheids或紅色巨人(73.6 km/s/mpc)。
同時,德國Ruhr-UniversitätBochum的Hendrik Hildebrandt說,另一個宇宙學難題正在越來越引起人們的關注。通過稱為Sigma-8的參數測量,在測量宇宙中物質塊狀的測量中存在分歧。為了檢測這種塊狀,科學家對天空進行了調查,尋找較弱的引力鏡頭,其中星系似乎彼此略微排列。該鏡頭可用於推斷宇宙中質量的分佈。但是,就像怪異的恆定測量值一樣,通過稱為基準測量的努力來衡量的數字,基於宇宙微波背景不同意估計值。
希爾德布蘭德說:“ Sigma-8緊張是我們擁有的第二個問號。”他指出,但是這種差異並不那麼重要,而且還沒有得到那麼仔細的研究。 “它不那麼成熟;文學已經很長時間了。但這似乎並沒有真正消失。”
早期與遲到
基於早期宇宙物理學的宇宙膨脹率的估計值往往比基於晚期宇宙的值低,包括1A型超新星(紅色)與稱為Cepheids,Red Giants和Miras的恆星結合使用。其他後期的宇宙估計是基於稱為Megamaser和類星體的對象,以及星系內的亮度如何變化。
估計宇宙擴展的速度不排隊


資料來源:Vivien Bonvin
一些科學家想知道這種可能的差異與擴張率的困境之間是否有任何联系。如果研究人員確定他們對宇宙的理解存在第二個潛在的問題,那將加強完全錯誤的情況。
宇宙說話?
如果無法將差異歸結為測量錯誤,則需要一個與所有數據一致的新理論。但是科學家一直在努力找到一個有凝聚力的解釋。幾乎所有對宇宙歷史的調整(例如,增加了新型的亞原子粒子)都將與其他測量值衝突,將物理學陷入動盪。
賓夕法尼亞大學的狄龍·布魯特(Dillon Brout)說:“我們有很多不同的方法來探測宇宙,因此很難提出一個優雅的理論,該理論通過所有測試而不會產生新的緊張局勢。”
一種潛在的解決方案涉及一種神秘的黑暗能量的補充,導致宇宙的擴展加速。一個 ”早期的暗能量Poulin及其同事在會議上以及6月7日報導,可能在宇宙年輕人的青年時代採取行動,改變宇宙微波背景的擴張。物理評論信。
對哈勃常數的分歧是先例:估計有一個令人困惑的結果的歷史,德克薩斯州A&M大學的盧卡斯·馬克里(Lucas Macri)說。在那些較早的情況下,“宇宙試圖告訴您您沒有全部圖片。”例如,在一種情況下,有些恆星似乎比宇宙年齡大。該決議最終出現在黑暗能源的存在的啟示中。
經過幾天的討論,所有證據都得到了驗證。組織者要求舉手錶演:哈勃持續的不斷災難是否被稱為緊張,問題或危機?事實證明,宇宙學家有點猶豫要拋棄他們對宇宙的了解。只是為了“危機”,只有一隻弱勢的雙手抬高。關於在不改造物理學的情況下可能找到解決方案的論點似乎已經搖擺了。
儘管如此,如果哈勃不斷的難題持續存在,那可能意味著宇宙再次試圖大聲疾呼。