天文学家首次利用超大质量就在之后来测量宇宙的膨胀率。现在,我们手头有一个比这项努力所提供的答案更大的谜团。
事实证明,宇宙的增长速度比预期的要快。这可能意味着被认为推动了这种扩张的加速,有时也被解释为阿尔伯特·爱因斯坦描述的宇宙常数,毕竟在宇宙学上并不那么恒定。
相反,它可能会变得更强大。
宇宙的膨胀率称为,而且确定起来非常困难。每次测试似乎都会得出不同的结果;最近,来自普朗克卫星的数据测量了宇宙微波背景将其设定为每秒每兆秒差距 67.4 公里(41.9 英里),不确定性不到 1%。
其他方法通常涉及使用 '标准蜡烛”,具有已知光度的物体,例如造父变星或 Ia 型超新星,可以根据它们的绝对星等计算距离。
去年造父变星计算的哈勃常数返回了一个结果每秒每百万秒差距 73.5 公里(45.6 英里)。所以你就能明白为什么天文学家一直在戳这只奇怪的宇宙熊了。
但几年前,天文学家意识到到另一个物体的距离也可以准确计算。进入类星体及其黑洞。
类星体是宇宙中最亮的物体之一。每个都是一个绕着超大质量轨道运行的星系积极地取食物质。它的光和无线电发射是由黑洞周围的物质(称为吸积盘)引起的,吸积盘像水在排水管中旋转一样旋转,因摩擦而发出强烈的光和热。
它们还发射 X 射线和紫外线;意大利佛罗伦萨大学的天文学家 Guido Risaliti 和英国杜伦大学的 Elisabeta Lusso 发现,类星体产生的这两种波长的比率会根据紫外线光度的不同而变化。
一旦知道了这个光度,根据该比率计算出来,类星体就可以像任何其他标准蜡烛一样使用。
这意味着我们可以更进一步地追溯宇宙的历史。
“使用类星体作为标准蜡烛具有巨大的潜力,因为我们可以在比 Ia 型超新星更远的距离观察它们,因此可以使用它们来探测宇宙历史中更早的时代,”豪华说。
研究人员收集了大爆炸后 11 亿年至 23 亿年期间 1,598 个类星体的紫外线数据,并利用它们的距离来计算早期宇宙的膨胀率。
他们还将他们的结果与涵盖最近 90 亿年的 Ia 型超新星结果进行了交叉核对,并发现了相似的结果。但是,在早期宇宙中,只有类星体提供测量,他们的观测结果与基于标准宇宙学模型的预测之间存在差异。
“我们观察了大爆炸后十亿年的类星体,发现宇宙迄今为止的膨胀速度比我们预期的要快,”里萨利蒂说。
“这可能意味着随着宇宙年龄的增长,暗能量会变得越来越强大。”
我们真的不知道什么暗能量是——我们看不到它或检测不到它。这只是我们给未知的排斥力起的名字,它似乎随着时间的推移加速了宇宙的膨胀。
(根据该膨胀率,天体物理学家计算出暗能量约占宇宙的 70%,因此更准确的膨胀率也将使我们能够更准确地计算暗能量体积。)
如果暗能量的密度随着时间的推移而增加,科学家们认为这意味着它毕竟不是爱因斯坦的宇宙学常数。但它可以解释这些奇怪的数字,甚至可能解释之前的哈勃常数结果之间的差异。
目前,还有很多工作要做来测试这个结果并看看它是否成立。
“这个模型非常有趣,因为它可以同时解决两个难题,但陪审团肯定还没有出来,在解决这个宇宙难题之前,我们必须详细研究更多模型,”里萨利蒂说。
“一些科学家建议可能需要新的物理学来解释这种差异,包括暗能量增强的可能性。我们的新结果同意这一建议。”