天文学家看到宇宙中出现意外事件的证据

作者:郏怯琉

<p>这些哈勃太空望远镜图像展示了一个项目中分析的19个星系中的两个,以提高宇宙膨胀率的精度,这个值被称为哈勃常数</p><p>彩色合成图像显示NGC 3972(左)和NGC 1015(右),地球分别位于6500万光年和1.18亿光年</p><p>每个星系中的黄色圆圈代表脉冲星的位置,称为造父变星</p><p>信用:NASA,ESA,A Riess(STScI / JHU)天文学家使用NASA的哈勃望远镜太空望远镜能够对近一个世纪前首次计算的宇宙膨胀率进行最精确的测量</p><p>有趣的是,结果迫使天文学家认为他们可能会看到宇宙中出现意外情况的证据那是因为最新的哈勃发现确认了一个唠叨的差异,显示宇宙现在比大爆炸后不久看到的轨迹更快地扩张研究人员提出,可能有新的物理学来解释这种不一致性“社区正在努力理解这种差异的意义,”太空望远镜科学研究所(STScI)和约翰霍普金斯大学的首席研究员和诺贝尔奖获得者Adam Riess说</p><p>在马里兰州巴尔的摩这个插图显示了天文学家用来测量宇宙膨胀率(哈勃常数)的三个步骤,达到了前所未有的精度,将总不确定性降低到23%</p><p>测量简化并加强了宇宙距离梯的构造,这是用于测量到地球附近和远离地球的准确距离最新的哈勃望远镜研究将分析的造父变星的数量扩展到我们银河系的距离比以前的哈勃望远远超过10倍的距离:美国国家航空航天局,欧空局,A Feild(STScI),和Riess(STScI / JHU)Riess的团队,其中包括STScI和约翰霍普金斯大学的Stefano Casertano,在过去的六年里,他一直在使用哈勃望远镜来改进距星系距离的测量,使用它们的恒星作为里程碑标记这些测量用于计算宇宙随时间膨胀的速度,这个值被称为哈勃常数该团队的新研究将所分析的恒星数量扩展到比以前的哈勃结果更远的空间10倍但是Riess的价值加强了与早期宇宙膨胀的观察所产生的预期值之间的差异,即大爆炸后378,000年 - 创造的暴力事件大约1380亿年前的宇宙测量这些测量是由欧洲航天局的普朗克卫星进行的,该卫星绘制了宇宙微波背景,大爆炸的遗迹</p><p>这两个值之间的差异大约为9%</p><p>新的哈勃测量有助于减少机会这些值的差异与5000普朗克的结果中的1是一致的,预测H ubble恒定值现在应该是每百万分之67(每年3300万光年)每秒67公里,并且每兆比可以不高于每秒69公里这意味着每隔3300万光年远一个星系来自我们,它以每秒67公里的速度移动但是Riess的团队测量的每兆比特每秒73公里的值,表明星系的移动速度比早期宇宙的观测值更快</p><p>哈勃数据是如此精确,以至于天文学家不能忽视这一差距在两个结果之间作为任何单个测量或方法中的错误“两个结果都经过了多种方式的测试,因此除了一系列无关的错误,”Riess解释说,“这不是一个错误,而是宇宙的一个特征“解释一个令人烦恼的差异Riess概述了一些可能的错配解释,所有解释都与黑暗笼罩在宇宙中的95%有关</p><p>一种可能性是已知会加速宇宙的黑暗能量可能会使星系彼此远离,甚至更强或更强 - 这意味着加速度本身可能在宇宙中不具有恒定值但在宇宙中随时间变化Riess因1998年发现加速宇宙而获得诺贝尔奖另一个想法是,宇宙包含一个新的亚原子粒子,其行进速度接近光速 这种快速粒子统称为“暗辐射”,包括先前已知的粒子,如中微子,它们是在核反应和放射性衰变中产生的</p><p>与正常的中微子不同,它与亚原子力相互作用,这种新粒子只会受到重力的影响</p><p>被称为“无菌中微子”的另一个有吸引力的可能性是,暗物质(一种不是由质子,中子和电子组成的物质的不可见形式)与正常物质或辐射的相互作用比先前假设的更强烈</p><p>任何这些情景都会改变早期宇宙的内容,导致理论模型的不一致这些不一致将导致哈勃常数的值不正确,从年轻宇宙的观察中推断出这个值将与哈勃观察Riess和他的观察数据相矛盾</p><p>同事们对这个棘手的问题没有任何答案,但他的团队将继续工作微调宇宙的扩张速度到目前为止,Riess的团队称为超新星H0用于状态方程(SH0ES),将不确定性降低到23%在哈勃在1990年发射之前,哈勃常数的估计值因人而异两个哈勃望远镜的主要目标之一是帮助天文学家将这种不确定性的价值降低到只有10%的误差</p><p>自2005年以来,该小组一直致力于将哈勃常数的精度提高到允许的精度</p><p>更好地了解宇宙的行为建立一个强距离阶梯该团队通过简化和加强宇宙距离阶梯的构建,成功地完善了哈勃恒定值,天文学家用它来测量到地球附近和远离地球的准确距离研究人员将这些距离与空间扩展进行了比较,通过拉伸后退星系的光来测量它们然后使用d每个距离处星系的明显向外速度来计算哈勃常数但哈勃常数的值只能与测量精度一样精确天文学家不能使用卷尺来测量星系之间的距离相反,他们选择了特殊的类别恒星和超新星作为宇宙尺度或里程标记来精确测量银河距离在最短距离内最可靠的是造父变星,脉动恒星以与其固有亮度相对应的速率变亮和变暗它们的距离因此可以通过比较它们来推断从地球上看到的内在亮度及其明显的亮度天文学家Henrietta Leavitt是第一个认识到造父变量在1913年测量距离的效用但第一步是使用几何学的基本工具来测量与造父变星无关的距离</p><p>称为视差Parallax是ob的明显偏移由于观察者观点的变化,ject的位置这种技术是由古希腊人发明的,他用它来测量从地球到月球的距离最新的哈勃望远镜结果是基于我们对八个新分析的造父变星的视差测量结果</p><p>银河系这些恒星比以前研究过的恒星大约10倍,距离地球6,000光年到12,000光年,这使它们更难以测量它们在更长的时间间隔内脉动,就像哈勃望远镜观测到的造父变星一样</p><p>遥远的星系包含另一个可靠的尺度,爆炸的恒星称为Ia型超新星这种类型的超新星耀斑具有均匀的亮度,并且足够明亮,可以从相对较远的地方看到前哈勃观测研究了10个快速闪烁的造父变星,位于300光年至1,600光 - 地球扫描星星的年代为了测量与哈勃望远镜的视差,该团队不得不测量明显的微小摆动由于地球绕太阳运动造成的造父变星这些摆动的大小只有望远镜相机上单个像素的1/100,大致相当于100英里以外的一粒沙子的明显大小</p><p>因此,为了确保测量结果显示,天文学家开发了一种巧妙的方法,当哈勃发射时没有想到这种方法研究人员发明了一种扫描技术,其中望远镜每六个月测量一次星的位置,每四分钟一次,持续四年 该团队校准了八颗缓慢脉动的恒星的真实亮度,并将它们与更远的眨眼表兄弟进行交叉关联,以收紧其远程阶梯中的不准确性</p><p>研究人员随后将这些星系中的造父变星和超新星的亮度进行了更好的信任,因此它们可以更精确地测量恒星的真实亮度,因此可以更准确地计算到遥远星系中数百个超新星的距离</p><p>这项研究的另一个优势是该团队使用相同的仪器,哈勃望远镜的宽视场相机3来校准附近的造父变星和其他星系中的光度,消除了通过比较不同望远镜的测量值几乎不可避免地引入的系统误差“通常,如果每六个月你试图测量一颗恒星相对于另一颗恒星的位置变化这些距离,你是否能够准确找出确切的位置e star是,“卡塞塔诺解释说,使用新技术,哈勃望远镜慢慢地穿过恒星目标,并将图像捕捉成光线”这种方法允许重复机会测量由于视差导致的极小位移,“Riess补充道”你正在测量两颗恒星之间的距离,不仅仅是在摄像机的一个地方,而是在数千次上,减少测量误差“团队的目标是通过使用哈勃和欧洲的数据进一步降低不确定性空间局的盖亚空间天文台,将以前所未有的精度测量恒星的位置和距离“这种精度是诊断这种差异的原因所需要的,”卡塞塔诺说,该团队的结果已被天体物理学报论文接受发表:空间扫描哈勃太空望远镜对银河造父变星的新视差:对哈勃常数的影响来源:Donna Wea ver / Ray Villard,....