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约为125亿年,宇宙或许比大家感觉的常青

2019-12-29 06:43
哈勃望远镜进一步确认宇宙在加速膨胀

据美国物理学家组织网近日报道,一个国际研究团队联合利用两台天文望远镜来确定星系距离,对宇宙膨胀速度进行了迄今最精确的测量。新研究与此前结果相差较大,这表明暗物质等或许比我们想象得更怪异,也可能存在未知粒子。

天文学家测定迄今最精确宇宙膨胀速度

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新华社华盛顿4月25日电美国哈勃太空望远镜的新观测成果进一步确认了宇宙在加速膨胀,现在的膨胀速度比根据早期宇宙特征预测的膨胀速度快大约9%。

宇宙膨胀速度通常称为哈勃常数。了解自138亿年前大爆炸以来宇宙的膨胀速度有多快,有助于科学家回答有关宇宙从何而来以及未来将往何处去等最基本问题。

新华社北京7月16日电 一个国际研究团队报告说,他们用天文望远镜确定星系距离,对宇宙膨胀速度进行了迄今最精确的测量。

图中放大的部分为河外星系大麦哲伦云。

此次研究成果25日发表在美国《天体物理学杂志》上。研究人员利用新方法对大麦哲伦星云的70颗造父变星进行了观测。有“量天尺”之称的造父变星是亮度会发生周期性变化的一类恒星,可用于测量星系距离。此前哈勃望远镜每90分钟只能观测一颗造父变星,新的成像方法能够对造父变星群进行观测,一次可观测十余颗,帮助提高测量的精准度。

诺贝尔物理学奖获得者、美国约翰·霍普金斯大学教授亚当·里斯领导的团队在新一期美国《天体物理学杂志》上发表论文说,最新测得的哈勃常数值为73.5公里/。1百万秒差距约为326万光年,即一个星系与地球的距离每增加326万光年,其远离地球的速度就增加73.5公里/秒。

宇宙膨胀速度通常被称为哈勃常数。研究人员在新一期美国《天体物理学杂志》上发表论文说,最新测得的哈勃常数值为73.5公里/(秒·百万秒差距),即一个星系与地球的距离每增加百万秒差距,其远离地球的速度就增加73.5公里/秒。

(本文首发于2019年6月27日《南方周末》)

根据新的测量结果,研究人员用特定方法计算出目前的宇宙膨胀速度,即所谓哈勃常数,它与此前研究推算的速度存在差异。此前的研究方法是通过观察早期宇宙的特征——微波背景辐射,来推算现今宇宙的膨胀速度。

研究人员解释,测量星系距离的一个常用标尺是被称为“量天尺”的造父变星,它们是一类特殊的恒星,亮度变化周期与自身光度直接相关,比较其自身亮度和外在亮度,可确定其距离,从而确定临近星系的距离。

测量星系距离的一个常用标尺是有“量天尺”之称的造父变星,它们是一类特殊的恒星,亮度变化周期与自身光度直接相关。

宇宙的年龄对人类来说是一个至关重要的问题,一项最新研究认为宇宙的年龄约为125亿年,比曾经公认的138亿年年轻13亿年。两个数据的差异也许说明我们目前对宇宙的认识仍然非常粗浅。

领导这项研究的美国约翰斯·霍普金斯大学天体物理学家亚当·里斯说:“我们测量到根本性的差别,一个是现在宇宙的膨胀速度,一个是根据早期宇宙物理特征预测的宇宙膨胀速度。”他说,如果两者不一致,很有可能是人们还未能充分理解将两个时代连接起来的某种宇宙模型。

他们利用美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜和欧洲空间局的盖亚太空望远镜,对银河系内50颗造父变星进行了观测,在此基础上得到的哈勃常数的不确定性仅为2.2%,是迄今哈勃常数不确定性最低的。

研究人员利用美国航天局的哈勃太空望远镜和欧洲航天局的盖亚太空望远镜,观测银河系内的50颗造父变星,将这个标尺“打磨”得更为精确,在此基础上得到的哈勃常数仅有2.2%的不确定性,这是迄今有关哈勃常数最低的不确定性。

在人类认识宇宙的过程中,确定宇宙的年龄也许是一项值得骄傲的成就。科学家手边并没有现成的“宇宙钟”来指示时间,他们只能去寻找带有宇宙年龄信息的蛛丝马迹。目前科学家估算出宇宙的年龄为138亿年左右,这个公认的结果也已经广为人知。但是一项最新研究却动摇了这个结论,该研究认为宇宙可能要比我们曾经认为的“年轻”13亿年。

研究人员推测,导致这种差异的原因,可能是当前物理学“标准模型”未能涵盖的某种事物,比如暗物质或暗能量的特殊性质,或者是未知的粒子。

另一种测量哈勃常数的方法是观察微波背景辐射,这种辐射是宇宙大爆炸的余辉,其细节特征反映了早期宇宙的特征,可用于推算现今宇宙的膨胀速度。此前,欧空局的普朗克望远镜借助这一方法得出的哈勃常数是67公里/。

研究人员指出,新结果与用另一种方法测得的哈勃常数值差异较大,不能用测量误差来解释,可能需要新理论来描述宇宙的基本性质。

这项研究由供职于美国太空望远镜科学中心和约翰霍普金斯大学的天体物理学家、2011年诺贝尔物理学奖得主亚当·里斯(Adam Riess)领导。他的团队于2019年5月在《天体物理学杂志》(TheAstrophysical Journal)上发表论文,宣布他们通过使用哈勃太空望远镜观测获得的数据,计算出宇宙膨胀的速度比此前的估计要快9%。由此导致根据宇宙膨胀速度计算出的宇宙年龄也要进行相应的调整,最新估算的宇宙年龄为125亿年。

里斯曾因发现宇宙加速膨胀与他人共享2011年诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖评选委员会当年表示,尽管科学家在将近一个世纪前便知晓宇宙正在膨胀,但3名获奖者关于宇宙加速膨胀的发现依然令人震惊,他们的研究成果“震动了宇宙学理论基础”。

研究人员指出,这两种方法测得的哈勃常数值差异较大,不能用测量误差来解释,可能是当前物理学“标准模型”未能涵盖的某种事物,比如暗物质或暗能量的特殊性质,或者有未知粒子在“捣鬼”。

另一种测量哈勃常数的方法是观察微波背景辐射,这种辐射是宇宙大爆炸的余辉,其细节特征反映了早期宇宙的特征,可用于推算现今宇宙的膨胀速度。此前这类研究得出的哈勃常数值是67.0公里/(秒·百万秒差距)。

不过,里斯等科学家同时指出,两个数据之间的差异也许说明了我们对宇宙的认识仍然非常粗浅,还需要进一步的研究才能正确理解两个值的意义,从而找到洞察宇宙的关键拼图。

相关论文信息:

新研究负责人、诺贝尔物理学奖获得者亚当·里斯在一份声明中说,两种方法测出的哈勃常数值相差较大,这令人非常困惑,“就像根据生长曲线表预测儿童身高情况,结果发现其成年后的身高远远超出预期”。

加速膨胀的宇宙

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