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據(jù)Earthsky網(wǎng)站3月11日?qǐng)?bào)道，關(guān)于宇宙膨脹問題，一直是科學(xué)界的最前沿話題。這次科學(xué)家為我們帶來了一個(gè)好消息和一個(gè)壞消息。 好消息是天文學(xué)家已經(jīng)獲得了目前為止最為精確的數(shù)據(jù)，揭示了自從宇宙大爆炸以來宇宙膨脹的速率。而壞消息則是這個(gè)新的測(cè)量數(shù)字與獨(dú)立測(cè)量的早期宇宙膨脹數(shù)據(jù)有所差異，這可能意味著我們對(duì)于宇宙構(gòu)造的理論仍不完善。 在宇宙的深處，是不是有些是人類真的沒有預(yù)料到的呢？ 諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，John Hopkins大學(xué)的著名教授亞當(dāng)里斯說：天文圈正在努力理解這個(gè)差異中蘊(yùn)含的意義。 他領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)用哈勃望遠(yuǎn)鏡測(cè)量宇宙膨脹率的小組，并在2011年因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹而獲得諾貝爾獎(jiǎng)。 由來自Hopkins大學(xué)和空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)協(xié)會(huì)研究者們組成的團(tuán)隊(duì)，在過去6年內(nèi)使用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，把恒星當(dāng)作距離標(biāo)記來獲得星系更精確的距離數(shù)據(jù)。這些測(cè)量用來計(jì)算宇宙隨時(shí)間的膨脹速率，也就是哈勃常數(shù)。 由歐空局普朗克衛(wèi)星得到的測(cè)量數(shù)據(jù)用來繪制宇宙微波背景輻射圖，它預(yù)測(cè)哈勃常數(shù)目前應(yīng)為42英里（67千米）每秒每百萬秒差距（330萬光年），不高于43英里（69公里）每秒每百萬秒差距。這意味著離我們330萬光年遠(yuǎn)的星系相對(duì)于我們的移動(dòng)速度每秒快42英里（67公里）。但是里斯的團(tuán)隊(duì)測(cè)量到的數(shù)據(jù)是45英里（73公里）每秒每百萬秒差距，這說明什么呢？現(xiàn)在星系的移動(dòng)速度比通過觀測(cè)早期宇宙而推斷的移動(dòng)速度更快。 哈勃望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)如此精確，以至于天文學(xué)家并不認(rèn)為它錯(cuò)了，也不能忽視其中差異。里斯說：兩個(gè)結(jié)果均已成功接受多重檢驗(yàn)。如果沒有錯(cuò)誤的話，可能這個(gè)差異代表的并不是BUG（漏洞），而是宇宙的一種特征了。 解釋這個(gè)“惱人”的差異 里斯想出了誤判的幾種可能解釋，它們都與宇宙中含量95%的人們看不到的物質(zhì)有關(guān)。一種可能性是暗能量——使宇宙加速膨脹的物質(zhì)。它可能會(huì)以更強(qiáng)有力的姿態(tài)把星系們互相扯遠(yuǎn)。于是，宇宙膨脹的加速度可能并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨著時(shí)間不斷變化。 另一個(gè)想法是宇宙中有一種新的亞原子粒子，以接近光速傳播。這樣速度的粒子被統(tǒng)稱為“暗輻射”，包括以前人們知道的中微子（在核反應(yīng)和放射衰變中產(chǎn)生）。與尋?？梢耘c亞原子力互動(dòng)的中微子不同，這種新粒子只會(huì)受重力場(chǎng)影響，于是它得到了一個(gè)綽號(hào)：“頑固”中微子。 另一種吸引人的可能性是暗物質(zhì)——一種不可見的物質(zhì)形式，也不是由質(zhì)子種子電子組成的。人們發(fā)現(xiàn)它與一般物質(zhì)或輻射的互動(dòng)比之前預(yù)測(cè)的更猛烈一些。 上述任何情形都能改變?cè)缙谟钪妫斐衫碚撃Ｐ椭g的差異性。這些差異會(huì)使通過對(duì)早期宇宙觀測(cè)而計(jì)算出的哈勃常數(shù)值不正確，并且使這個(gè)計(jì)算出的哈勃常數(shù)值與本次通過哈勃觀測(cè)而計(jì)算出的哈勃常數(shù)值不同。 里斯和他的同事們并沒有這個(gè)問題的答案，但是他的團(tuán)隊(duì)會(huì)繼續(xù)為精確的宇宙膨脹速率而努力。目前為止，一個(gè)昵稱為SHOES的團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)把不確定性降低到了2.3%。 創(chuàng)造更好的距離尺度 團(tuán)隊(duì)通過對(duì)宇宙距離測(cè)量方法的升級(jí)，成功獲得了哈勃常數(shù)更精細(xì)的數(shù)值。這種測(cè)量方式包括一系列互相聯(lián)系的測(cè)量方法，允許天文學(xué)家測(cè)量幾十億光年外星系的距離。 用尺子來測(cè)距對(duì)于這些星系來說顯然不可能，但是他們用一些特殊的恒星和超新星當(dāng)做參照物，可以精確測(cè)量星系距離。 最常用的測(cè)離我們較近星系距離的參照物就是造父變星，它在特定周期內(nèi)會(huì)有從明亮到暗淡的變化。一些遙遠(yuǎn)的星系也有其他的參照物，比如恒星爆炸后的產(chǎn)物——Ia型超新星，它們很亮，在很遠(yuǎn)的地方就能看到；同時(shí)所有Ia型超新星的亮度一致。用視差法，天文學(xué)家可以測(cè)出它們到我們的距離，不受亮度影響。 之前的哈勃觀測(cè)數(shù)據(jù)研究了在300光年到1600光年外10顆“不停閃爍”的造父變星。最新的研究用視差法測(cè)定了銀河系內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的8顆造父變星的距離，它們比以前使用的造父變星遠(yuǎn)10倍，在6000光年到12000光年遠(yuǎn)。 為了用哈勃望遠(yuǎn)鏡測(cè)量視差，里斯的團(tuán)隊(duì)必須通過日地運(yùn)動(dòng)精確測(cè)量造父變星輕微的晃動(dòng)。這些晃動(dòng)在望遠(yuǎn)鏡的相機(jī)里只占百分之一像素，相當(dāng)于在100英里（160公里）外看沙子。 為了確保測(cè)量的精確程度，天文學(xué)家發(fā)明了更機(jī)智的方法——在1990年哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)射時(shí)這個(gè)方法甚至還沒有問世。他們用一種掃描技術(shù)，在4年中每6個(gè)月用望遠(yuǎn)鏡測(cè)量恒星位置，1分鐘的時(shí)間可以測(cè)量1000次。這樣得到的圖像是光的條紋。里斯說：這個(gè)方法可以通過重復(fù)的測(cè)量來得到最微小的偏移數(shù)據(jù)。你用相機(jī)來測(cè)量兩顆恒星的間隔，而不僅是一個(gè)地方，但經(jīng)過幾千次的測(cè)量，誤差總會(huì)減小。 里斯的團(tuán)隊(duì)比較了地球到星系的相對(duì)距離和通過紅移測(cè)量到的宇宙膨脹數(shù)據(jù)，使用了各個(gè)距離中星系的速度計(jì)算哈勃常數(shù)。他們的目標(biāo)是使用來自哈勃望遠(yuǎn)鏡和歐空局Gaia空間天文臺(tái)的數(shù)據(jù)繼續(xù)降低不確定性，以前所未有的精度測(cè)量恒星的位置和距離。   智慧宇宙 ￥28.70 推薦閱讀： NASA發(fā)布最新國際空間站視頻，上帝視角俯瞰地球，畫面震撼 文/譯：孫韜淳。更多精彩內(nèi)容，請(qǐng)關(guān)注企鵝號(hào)“中國星空攝影聯(lián)盟”。 |
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