宇宙膨胀有多快?

哈勃和盖亚团队齐心协力,今天进行了最准确的测量




在1920年代,埃德温·哈勃(Edwin Hubble)做出了革命性的发现-事实证明,宇宙正在膨胀。 最初,这种状态是由爱因斯坦的广义相对论预测的。 这种扩展的速度称为哈勃常数 。 时至今日,借助现代望远镜(例如哈勃望远镜),天文学家已经多次重新测量并修改了该值。

这些测量结果证实了膨胀率随时间增加,尽管科学家不确定原因。 一个国际科学家团队最近的测量是使用哈勃望远镜提供的数据,然后将它们与欧洲航天局盖亚天文台获得的数据进行了比较。 结果,获得了迄今为止最准确的哈勃常数测量值,但是并没有消除有关宇宙加速的问题。

一项描述这些发现的研究发表在7月的《天体物理学杂志》上,标题为:“银河系造父变星标准,用于测量宇宙距离及其在盖亚DR2中的应用:对哈勃常数的影响。” 这项研究由来自太空研究所的科学家使用太空望远镜,约翰·霍普金斯大学,美国国家天体物理学研究所,加州大学伯克利分校,德克萨斯农工大学和欧洲南方天文台组成。


测量哈勃常数的三个阶段:测量造父变星的视差,测量包含造父变星和Ia型超新星的星系,测量包含Ia型超新星的遥远星系。

自2005年以来,诺贝尔奖获得者亚当·里斯Adam Riess )就是使用太空望远镜和约翰·霍普金斯大学与太空研究所合作的,一直在努力完善哈勃常数的值,从而增强和改进构建距离阶梯的过程。 他们与被称为“使用超新星H0来计算状态方程”( 超新星H0表示状态方程 ,SH0ES)的团队一起,成功地将宇宙膨胀率的测量误差降低到2.2%。

详细地讲,天文学家传统上使用天文学中的距离标尺或距离阶梯来测量到宇宙中遥远物体的距离。 它是建立在造父变星-脉动星等里程碑的基础上的,可以通过将其绝对亮度与可见光进行比较来计算其距离[并且可以基于波纹周期/近似计算绝对亮度。 翻译]。 然后将这些测量值与来自遥远星系的光的红移进行比较,以确定星系之间的空间扩展的速度。

哈勃常数也由此得出。 另一种方法是观察遗迹辐射,并跟踪早期宇宙的膨胀-自大爆炸以来已经过去了37.8万年-利用物理学和外推法可以得出现代膨胀速度。 总之,这些方法应该为从最初到今天的宇宙扩展提供时间表。

但是,天文学家早就知道这两个测量值并不重合。 在先前的研究中 ,当Riess和团队也使用哈勃望远镜进行研究时,他们获得了73 km / s / Mpc的恒定值。 同时,从普朗克天文台的测量结果(观察到2009年至2013年的遗骸辐射)表明,哈勃常数应为67 km / s / Mpc,并且肯定不超过69,这相差多达9%


伪色的文物辐射

正如Riess在最近的NASA新闻稿中指出的那样:
紧张局势变得与我们对早期宇宙和晚期宇宙的想法真正不相容。 显然,这不再是其中一个维度中一些可怕错误的结果。 就像您根据孩子的成长进度表预测了孩子的成长,然后发现孩子成熟后,大大超出了预期。 我们完全困惑。

在这种情况下,Riss及其同事使用哈勃望远镜估算了远造父变星的亮度,盖亚提供了视差数据(视物体的位置而定的视在表面的变化取决于视点),这是确定距离所必需的。 盖亚(Gaia)的另一项贡献是测量了多达50个银河系造父变星的距离,并将其与哈勃测量相结合。

这使天文学家可以更准确地校准造父变星,并使用银河系以外的星云作为标记。 使用从哈勃(Hubble)获得的测量值和盖亚(Gaia)的新数据,Riss及其同事能够将膨胀速度的测量值精确到73.5 km / s / Mpc。


欧洲航天局的盖亚卫星目前正在执行为期五年的任务,以绘制银河系恒星的地图。

太空望远镜空间研究所的Stefano Casertano和SH0ES小组成员补充说:
哈勃(Hubble)擅长用作通用天文台,但盖亚(Gaia)是距离校准的新标准。 它是专为测量视差而设计的-为此而开发。 盖亚(Gaia)提供了重新校准所有先前测得距离的新可能性,并证实了我们先前的工作。 我们获得了相同的哈勃常数值,仅用从盖亚(Gaia)获得的视差值代替了距离标尺的所有先前校准。 这是对两个功能强大且准确的观测站的交叉检查。

将来,Riess和他的团队希望继续与Gaia合作,以在2020年代初之前将与哈勃常数相关的误差降低到1%。 同时,目前的膨胀率与从CMB数据获得的膨胀率之间的差异将继续使天文学家感到惊讶。

最后,这可能表明某些其他物理学正在宇宙中工作,暗物质不会以科学家怀疑的方式与正常物质相互作用,或者暗能量可能变得比以前认为的更加奇特。 无论出于何种原因,很明显,宇宙仍然给我们带来惊喜!

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN418887/


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