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宇宙正在以超乎我们想象的速度膨胀,引发宇宙学危机

宇宙正在以超乎我们想象的速度膨胀,引发宇宙学危机
2021年02月21日 09:02 新浪网 作者 天文在线

  宇宙膨胀的速度快过了科学家们的预期,而且没有人知道理由。

  一组研究人员通过使用依靠变形镜的新型望远镜技术收集的数据证实了这一难题。根据他们上个月发表在《皇家天文学会月报》上的研究,对宇宙膨胀速度的精确测量无法和科学家数近十年来一直使用的标准模型相吻合。

  天体物理学家,该研究的合著者克里斯·法斯纳赫特(Chris Fassnacht)在新闻稿中说:“这是宇宙学的危机。”今年早些时候发表的其他研究也得出了类似的结论。

  诺贝尔奖获得者,科学家亚当·里斯(Adam Riess)在新闻稿中表示:“这种误差一直在加剧,现在已经到了误差无法消除的地步。这种差距不可能是偶然事件。”他曾在4月发表的一项研究,他还补充说这些发现“可能是数十年来宇宙学中最激动人心的发展。”

  哈勃常数的奥秘

  宇宙一直在膨胀,将星系与星系之间的距离越拉越远。数十年来,科学家一直试图测量宇宙的膨胀速度——他们把这个数字称为哈勃常数。

  研究人员通过对大约138亿年前宇宙大爆炸所留下的辐射光进行深入研究,试图拼凑出宇宙的发展史,他们称此为宇宙微波背景(CMB)。

  科学家研究CMB时,因为光速恒定,所以研究者们既在观察未来,又在审视过去。

  例如,我们在地球上看到的太阳是8分钟前出现的太阳,因为太阳距离我们约8光分钟。由此可得,当科学家观察距离足够远的物体时,他们观察到的物体就处于宇宙发展的初期。

  基于这些观察,科学家们发现,在大爆炸之后,宇宙一开始的扩张非常迅速。然后,随着暗物质的引力⁠的回拉,宇宙的扩张速度开始减缓。暗物质是一种神秘的隐形力,占宇宙⁠内所有物质的85%。

  (宇宙学的标准模型。图源:(BICEP2协作/ CERN / NASA))

  但是最近,他们遇到了问题。对当代宇宙的测量表明它的膨胀速度比标准模型所预测的要快得多。 里斯(Riess)的四月研究发现,宇宙的膨胀速度比基于CMB的计算所预测的快9%。当时他说:“这不只是两个互斥的实验。”

  “我们正在测量一些完全不同的东西。首先我们在测量今天所看到的宇宙膨胀的速度。另一个是基于早期宇宙物理学理论,预测宇宙理论上的膨胀速度。如果这两个数值不相同,那么我们很可能忘了些什么。”

  新技术证实了这一难题–但是我们离解决它还很远

  对于这项新研究,在夏威夷的凯克天文台,研究人员利用了拥有尖端反射镜系统的望远镜。该设备使用活动的镜面,可以校正因为地球大气层造成的变形,并传输显示出天空中物体的超清图像。

  研究人员将望远镜对准了三个明亮的活跃类星体。他们利用了引力透镜的流程研究了类星体,这个流程测量了光绕过其他大物体,进入地球的过程中,是怎样弯曲的。一个巨大的物体(例如一个巨大的星系)将光向不同的方向弯折,这使科学家可以看到同一类星体在很近的时间内多种变形的形态。然后,他们可以比较这些各种图像,以计算从类星体出发的光到达地球所需的时间,并得到在这期间宇宙扩张了多少的相关信息。

  (三透镜类星体系统。 (G Chen / C Fassnacht / UC Davs))

  像以前的研究一样,新的结果表明,宇宙的膨胀比标准模型所预测的要快。研究人员将他们的新结果与哈勃太空望远镜的数据进行了比较,结果是符合的。

  “早期和晚期宇宙之间的哈勃常数不同,意味着我们当前的标准模型中有所缺失。”,天体物理学家谢里·苏尤(Sherry Suyu)在有关最新研究的新闻稿中说,“例如,它可能是奇特的暗能量,或者是新的相对论粒子,或者是其他崭新的物理学概念。”

  科学家们对那块缺失毫无头绪。有些人认为罪魁祸首可能是暗能量,暗能量指代了占宇宙约68%的神秘的隐形力量。这种能量可能会加速膨胀,甚至压倒了暗物质的重力。

  法斯纳赫特(Fassnacht)说,他希望科学家们继续利用这项新的望远镜技术,这样在他们研究缺失部分并更深层次理解宇宙的时候,能够基于更精确的数据。他说:“或许它将引导我们建立一个更完整的宇宙模型。”

  作者: sciencealert

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