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天文学家用阿塔卡马沙漠望远镜计算宇宙的年龄

天文学家用阿塔卡马沙漠望远镜计算宇宙的年龄
2021年01月07日 10:47 新浪网 作者 遥看山河五岳

  僻静的阿塔卡马宇宙望远镜在智利阿塔卡马沙漠的高处,远离沉闷的光污染,处于寻找天空目标的最佳位置。最近在想什么问题?宇宙的年龄,一个宇宙的难题,可以用不同的方式来回答,这取决于您如何衡量宇宙的加速膨胀。

  

  最近发表在《宇宙学与天体物理学杂志》上的一篇论文使用智利国家科学基金会的望远镜测量了这种膨胀的速率,称为哈勃常数。

  研究小组发现,哈勃常数为67.59(km/s)/Mpc(Mpc表示百万秒差距),这意味着每326万光年,宇宙膨胀的速度每秒增加67.59公里。在2013年至2016年进行了730天的观测之后,国际天文学家和物理学家团队发现的数字几乎与欧洲航天局的普朗克卫星在2013年所报告的数字相同。

  

  Flatiron研究所计算天体物理学中心的研究员,论文的合著者西蒙娜·艾奥拉(Simone Aiola)在新闻稿中说:“现在,我们提出了普朗克和[阿塔卡马宇宙望远镜]达成一致的答案。” “事实证明,这些测量是可靠的。”

  有一个很重要的理由值得重新计算该常数:有几种方法可以测量宇宙的膨胀速率,从中可以推断出宇宙的年龄。您可以根据我们附近的恒星事物(例如脉动的造父变星)来测量速率。您还可以通过观察宇宙宇宙微波背景的偏振光来测量膨胀,这是来自大爆炸的最远可检测到的辐射,这是阿塔卡马小组研究依据。这种模糊的光在其偏振方向上具有变化,从而使科学家能够测量光传播了多远以及传播了多长时间。这就是为什么了解宇宙膨胀的速度很重要的原因:它改变了光的传播距离,从而改变了万物的年龄。

  

  这就是问题所在:这两种计算哈勃常数的方法得出的速率截然不同——一项2019年的研究得出了速度是74.03(km/s)/Mpc(Mpc表示百万秒差距),而同一年的另一项研究发现了一个哈勃常数数值,将其他两种方法获得速度差分开 。尽管差异听起来可能很小,但不同的估计值意味着确定我们的宇宙年龄有多少亿年历史。(常数越高,宇宙越年轻)。

  阿塔卡马小组的发现将宇宙年龄定为137.7亿年。相比之下,我们的太阳系已有大约45.7亿年的历史,而智人则出现在大约30万年前。

  

  到目前为止,不同的数字并不意味着任何一方都一定是错误的(尽管新论文背后的团队正在使用比其普朗克公司的前辈们更高分辨率的宇宙微波背景图像的图像,肯定了较早团队的数学能力很强) 。这绝对意味着我们在宇宙膨胀如何运作方面缺少某些东西。

  哈勃常数的局部和远距离测量值之间的差异,可能意味着“我们无法正确解释的一种测量类型存在问题,因此一项或多项测量存在某种系统性问题,”康奈尔大学天体物理学家迈克尔·尼迈克(Michael Niemack)(他也是该论文的合著者)说, “更令人兴奋的可能性是我们的宇宙学模型缺少某些东西。”

  

  对于阿塔卡马望远镜来说,其优势还没有真正发挥。阿塔卡马望远镜于2007年首次亮相,它具有在地面上的优势,比天基望远镜更易于管理。

  “我们还没有从我们用阿塔卡马宇宙望远镜收集的数据中提取所有信息。”康奈尔大学天体物理学家、论文的主要作者史蒂夫·崔在一封电子邮件中说, “我希望我们将通过阿塔卡马即将进行的实验(例如CCAT-prime和西蒙斯天文台)来了解有关我们宇宙的更令人兴奋的物理学,”他指的是沙漠中即将建成的两个高空天文台,今年9月,CCAT-prime望远镜被更名为Fred Young亚毫米望远镜,它将观察一系列宇宙学特征,而西蒙斯天文台将把其观测能力集中在宇宙微波背景上。

  

  也许在这几个评估宇宙年龄的方法中,有一个在数学上忽略了某些东西——太空科学有许多已知的未知数,而完全未知的东西则有可能。但尼迈克说"这可能暗示我们即将发现一些我们以前不知道的关于宇宙如何运作的新事物和令人兴奋的事情。"

  他说:“这可能暗示着我们正处于发现宇宙未知的鲜活而令人兴奋的新事物的边缘。”

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