诺奖科学家说,哈勃望远镜数据表明宇宙膨胀比我们预期的还要快

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哈勃太空望远镜的最新发现表明,宇宙的扩张速度比预期快得多。天文学家称,一些物理定律可能会因此而改写。

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哈勃望远镜

科学家们使用哈勃太空望远镜精确测量宇宙的膨胀率。 然而,根据空间望远镜科学研究所(STScI)的一份声明 ,一项新研究的观测结果与先前基于大爆炸后宇宙历史的预测不一致。诺贝尔奖获得者,该研究的首席研究员,天文学家Adam Riess在介绍新发现时说:"学界目前真的很难理解这种差异的意义。"

哈勃太空望远镜通过观察一种亮度周期性变化的恒星来测量我们与其他星系的距离。 这些称为造父变星的恒星以一种可预测的方式增亮和变暗,从而让研究人员能够判断与它们之间的距离。这些数据随之用来衡量宇宙的膨胀率,即哈勃常数。

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NGC 3972(左)和NGC 1015(右)

研究人员分析了包括NGC 3972和NGC 1015在内的19个星系。分别距离地球6500万和1.18亿光年。两个星系都拥有叫做造父变星的恒星,让研究人员可以确定与该星系的距离。

新的研究结果还包括了银河系中的八颗造父变星,它们比之前分析过的此类恒星都至少要远十倍。测量这些造父变星非常具有挑战性,因为它们距离地球6000到12000光年。 为了处理这种距离,研究人员开发了一种新的扫描技术,使得哈勃太空望远镜能够以每分钟1000次的速度定期测量恒星的位置,从而提高了恒星真实亮度和距离的准确性。

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研究人员通过计算与几颗非常远的造父变星的距离来测量宇宙的膨胀。造父变星定期发出的脉冲能让研究人员根据它们的亮度确定与它们的距离。 八个新测量的造父变星比以前研究的距离要远10倍。 然后,研究人员将这些恒星的亮度与同一星系中超新星的亮度进行比较,并将它们与更远的超新星的亮度进行比较。

研究人员将他们的发现与欧洲航天局(ESA)普朗克卫星的早期数据进行了比较。 在其四年的任务期间,普朗克卫星测绘了大爆炸中的剩余辐射,也被称为宇宙微波背景辐射。普朗克的数据显示,哈勃常数介于67至69千米/(秒·百万秒差距)。

然而,普朗克的数据比哈勃望远测量的恒定值低9%左右,这些测量结果估计宇宙正在以73千米/(秒·百万秒差距)的速度扩展,因此表明星系的运动速度比预期的要快。

"两种结果都经过了多种检验,因此排除了一系列无关的错误之后,这不是一个缺陷,而是宇宙的一个特征。"Riess说。

对这种差异的一种可能的解释是暗能量,这种已知的加速宇宙的神秘力量,正在以更大的力量驱使星系离得更远。 在这种情况下,宇宙的加速度可能并不是一个恒定的值,而是可能随时间而改变。

研究人员说,也有可能是占宇宙物质的80%的难以捉摸的暗物质,与可见物质或辐射的相互作用比以前想象的要强烈。

另一种可能的解释包括一种新的亚原子粒子,其速度接近光速并且仅受引力影响。 研究人员称这种超快速粒子为惰性中微子,并将这些粒子统称为黑暗辐射。

"任何这些情景都会改变早期宇宙的内容,导致理论模型不一致",STScI代表在声明中说。 "这些不一致会导致从年轻宇宙的观测结果推断出来的哈勃常数的值不正确,从而与哈勃望远镜的观测值不一致。"

该小组计划利用哈勃太空望远镜和欧空局盖亚空间天文台的数据来测量恒星的精确位置和距离,并进一步精确估计宇宙的膨胀率。