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宇宙到底有多广阔无垠?新方法测量其直径,打消顾虑

时间:2020-05-08 12:16:35 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读

在争论的焦点,我们可以添加另一种方法来测量宇宙的膨胀,这可能是当今宇宙学中最令人兴奋的事情。

星系团SDSS J0915+3826的引力透镜效应

照片:欧洲航天局/哈勃

宇宙正在膨胀。对最远可探测到的电磁辐射的测量预测了膨胀率的一个值,但是从更近的物体收集的测量显示了不同的值。如果这两个值真的不相容,这可能是一个迹象,表明目前用来描述宇宙进化的大理论已经被打破了。现在,一群科学家对他们发明的一种新方法感到兴奋,这种方法不太依赖于人类对宇宙运行方式的假设。

“我们的方法对宇宙学模型的选择不敏感,”该研究的主要作者、马克斯·普朗克天体物理研究所的伊恩·杰伊告诉《天文学在线》。“这是我们真正想要强调的。”

埃德温·哈勃在20世纪20年代说服了天文学家,认为遥远的物体正在远离我们,但是它们后退的速度,即所谓的哈勃常数,从那以后就一直是一个有争议的话题。新望远镜带来了新的观察结果,就像普朗克卫星确定的哈勃常数等于每秒67.4公里每秒百万秒——这意味着每隔326万光年的距离(称为百万秒),这个物体似乎每小时离彼此67.4公里。然而,通过观察附近光源的一系列特性,我们发现了膨胀率的其他值,这些值总是更大。

物理学家现在正在争论这些值是否真的更大,如果是,是因为他们计算到这些物体的距离不同,还是这真的是一个未被发现的物理现象。《光达》杂志的一篇优秀文章总结了这个故事及其戏剧性。

这个问题主要取决于测量物体距离的难度。科学家通常依靠已知亮度的物体,即标准烛光——更亮更近;更暗,更远。这些天体包括一些超新星和恒星,它们的闪烁速度取决于它们的亮度。科学家也可以依靠所谓的标度,即已知大小的物体,它们的距离可以根据它们在天空中的大小空来计算。

杰伊解释说,其中一个测量哈勃常数的鼓掌力测试(它的发音)的小组使用了一种标度方法来确定距离,现在已经改进了这种方法,使其不那么依赖于人类的假设。这种方法计算远处物体(称为引力透镜)的半径,并将其作为一个尺度。根据发表在《科学》杂志上的一篇论文,这把尺子可以帮助提供标准烛光超新星的精确绝对距离。

当你观察一个像星系一样大的物体时,你会看到它周围有许多明亮的物体,因为它巨大的引力像透镜一样扭曲光线(因此得名“引力透镜”)。有时背景物体甚至会扭曲成一个环。如果一个背景物体在闪烁,那么它的每个图像可能会在不同的时间闪烁,这取决于弯曲光传播的距离。科学家还可以测量在这些遥远星系中运行的恒星的速度,从而揭示星系的引力势和质量。结合这些信息,他们可以计算到透镜星系的距离和大小。

然后,研究人员可以使用透镜星系作为标准标尺和校准器来计算到某些超新星(传统上用来确定哈勃常数的超新星)的绝对距离。这使得他们能够计算常数,比如宇宙中存在多少暗物质和暗能量,而不太依赖于人类的假设。

通过他们的新方法,研究人员仅根据两个物体计算出宇宙膨胀值。他们得到了非常高的结果,每百万秒82.4千米/秒,但是这不值得考虑,因为统计误差太大了。毕竟,这项研究只是一个试点。

亚当·赖斯是约翰·霍普金斯大学的天文学家,也是哈勃望远镜常数测量小组“迷失”的负责人,他在一封电子邮件中告诉《天文学在线》,这个结果并不是决定性的,但是“很高兴看到人们寻找替代品,所以它值得支持。”

昆士兰大学的澳大利亚天体物理学家塔玛拉·戴维斯(Tamara Davis)在《科学》杂志的一篇附带评论中写道,“当试图找出不同技术之间差异的来源时,消除对假设的依赖是非常重要的。”

有许多方法可以确定哈勃常数,要么用标准蜡烛和标尺,要么用碰撞的中子星(尽管我们实际上需要在这种方法起作用之前探测更多的碰撞中子星)。

杰伊告诉天文学在线,浩立高团队计划尽快减少他们的实验误差,并使用他们的方法通过测量更多的透镜和透镜内的恒星运动来确定恒星的距离。

关于哈勃常数的讨论对物理学家来说仍然非常重要,因为它代表了一个我们最成功的宇宙理论被打破的地方——一个新思想和新实验揭示宇宙如何真正运作的地方。

瑞安·曼德尔鲍姆

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