过去一个世纪天文观测的进步使科学家能够构建一个非常成功的宇宙运行模型。 这说得通 ? 我们越能衡量某件事,我们学到的东西就越多。
但当谈到宇宙膨胀的速度有多快时,一些新的宇宙学测量结果让我们更加困惑。
自 20 年代以来,我们就知道宇宙正在膨胀 ? 星系距离我们越远,它远离我们的速度就越快。 事实上,在 20 世纪 90 年代,扩张速度为加速。
当前的扩张率可以用“哈勃常数“?一个基本的宇宙学参数。
直到最近,我们似乎正在就哈勃常数的公认值达成一致。 但使用不同技术测量的值之间出现了神秘的差异。
现在一项新研究,出版于科学,提出了一种可能有助于解开谜团的方法。
精度问题
哈勃常数可以通过结合到其他星系的距离测量和它们远离我们的速度来估计。
到世纪之交,科学家们一致认为该值约为每秒 70 公里每兆秒差距 ? 一百万秒差距刚好超过 300 万光年。 但在过去几年中,新的测量表明这可能不是最终答案。
如果我们使用对当地当今宇宙的观测来估计哈勃常数,我们得到的值为 73。但是我们也可以使用对宇宙余辉的观测大爆炸? 这 ”宇宙微波背景“ ?来估计哈勃常数。
但这种“早期”宇宙测量给出的值较低,约为 67。
令人担忧的是,据报道这两项测量都足够精确,肯定存在某种问题。 天文学家委婉地将其称为哈勃常数的精确值中的“张力”。
如果您是那种令人担忧的人,那么这种紧张感就表明其中一项或两项测量存在一些未知的系统问题。 如果你是那种容易兴奋的人,那么这种差异可能是关于我们以前不知道的一些新物理学的线索。
虽然到目前为止已经非常成功,但也许我们的宇宙学模型是错误的,或者至少是不完整的。
宇宙的膨胀。 (美国宇航局/WMAP)
远程与本地
为了找出差异的根源,我们需要更好地联系本地宇宙和遥远宇宙之间的距离尺度。
这篇新论文提出了应对这一挑战的巧妙方法。 对膨胀率的许多估计依赖于对物体距离的精确测量。 但这确实很难做到:我们不能只用卷尺测量整个宇宙。
一种常见的方法是使用“1a型”超新星(爆炸的星星)。 它们非常明亮,所以我们可以在很远的地方看到它们。 正如我们知道它们应该有多亮一样,我们可以通过将它们的表观亮度与已知的光度进行比较来计算它们的距离。
为了从超新星观测中推导出哈勃常数,必须根据绝对距离尺度对它们进行校准,因为它们的总亮度仍然存在相当大的不确定性。
目前,这些“锚点”是非常接近(因此非常准确)的距离标记,例如造父变星,周期性变亮和变暗。
如果我们在宇宙中更远的地方有绝对距离锚,那么超新星距离可以在更广泛的宇宙范围内更准确地校准。
远处的锚
这项新作品利用了一种名为“引力透镜效应。
通过观察来自背景源(如星系)的光如何由于其前面的大质量物体的重力而弯曲,我们可以计算出该前景物体的属性。
星系(盒子的中心)将背景超新星爆炸发出的光分成四个黄点。 (美国宇航局/哈勃)
该团队研究了两个星系,它们正在透镜化来自另外两个背景星系的光。 失真非常严重,以至于每个背景星系的多个图像都投射在前景偏转器周围(如上图所示)。
当光线在前景偏转器周围弯曲时,构成每张图像的光线成分在到达地球的旅程中所行进的距离将略有不同。 这会导致光穿过镜头图像的到达时间延迟。
如果背景源具有相当恒定的亮度,我们就不会注意到时间延迟。 但是当背景源本身亮度不同,我们可以测量光到达时间的差异。 这项工作正是这样做的。
透镜图像上的时间延迟与偏转光线的前景星系的质量及其物理尺寸有关。 因此,当我们将测量到的时间延迟与偏转星系的质量(我们知道)结合起来时,我们就可以准确测量其物理尺寸。
就像一便士举在远方一样,我们可以比较明显的银河系的大小身体的大小来决定距离,因为固定大小的物体距离较远时会显得较小。
作者给出了两个偏转星系的绝对距离分别为 810 和 1230 兆秒差距,误差范围约为 10-20%。
作者将这些测量结果视为绝对距离锚点,然后根据用于确定哈勃常数的成熟数据集重新分析了 740 颗超新星的距离校准。 他们得到的答案是每秒每百万秒差距略高于 82 公里。
与上述数字相比,这个数字相当高。 但关键是,只有两个距离锚点,这个值的不确定性仍然很大。 但重要的是,它在统计上与本地宇宙测量的值一致。
通过寻找 ? 可以减少不确定性。 和测量? 与其他强透镜的距离并且随时间变化星系。 它们很少见,但即将推出的项目如大型综合巡天望远镜应该能够检测到许多这样的系统,从而提高获得可靠值的希望。
结果提供了另一块拼图。 但还需要做更多的工作:它仍然无法解释为什么从宇宙微波背景这么低。 所以谜团仍然存在,但希望不会持续太久。