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用新测量的这个宇宙的膨胀“哈勃麻烦”可能加深

2023-04-11 11:49阅读：

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用新测量的这个宇宙的膨胀“哈勃麻烦” 可能加深
By Robert Lea
2023/4/10
Science & Astronomy
物理学家已经改进了一种用变星来测量宇宙中距离技术的精确性，为它的膨胀率提供一个新数字。
用新测量的这个宇宙的膨胀“哈勃麻烦”可能加深

一幅造父变星船尾星（RS Puppis）的图像. (Image credit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)-Hubble/Europe Collaboration)
迄今为止周期性变化亮度的遥远恒星的最精确的观测可能引发一个宇宙膨胀在的速度上的重新思考------
也许通过安顿宇宙学中一个长期存在的问题要么加深它。
一项新的研究报告这一观测证实一个存在在测量宇宙正在多快膨胀的两种主要方法之间的差异，符合一种但不符合另一种。
恒星标准烛光和距离小组的研究人员用了由欧洲盖亚航天器收集的数据来研究造父变星，这些恒星以一种规则的方式脉动，提供一种精确的测量宇宙距离的方法。造父变星测量技术扩展在其他方法上，例如一种依赖于1a型超新星的观测。
超新星的发生在大恒星的生命结束时的巨大爆炸的光输出是如此均匀，它们被指为“标准烛光”并形成一种天文学家叫“宇宙距离阶梯”的重要部分。造父变星的距离测量方法为这个隐喻的阶梯添加另一个“梯级”，而这项新研究已经加强了这个梯级。
研究共同作者瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的物理学家理查德安德森在一份声明中说，“我们通过测试是否属于数百颗恒星组成的星团恒星正在一起移动穿过银河系开发了一种搜索造父变星的方法”。
安德森说，“由于这个技巧，我们可以在受益于由许多星团成员恒星提供的精度中的增益的同时利用盖亚的视差测量的最佳知识，这已经允许我们来将盖亚视差的精确性推到它们的极限，并提供距离梯能被靠实的最坚实的基础”。
宇宙距离阶梯也被用来测量叫哈勃常数的这个宇宙的膨胀率，这个造父变星“梯级”的新的重新校准加深一个这个宇宙膨胀在的速率的问题，这不得不被叫“哈勃紧张”。
用新测量的这个宇宙的膨胀“哈勃麻烦”可能加深

科学家用一个宇宙距离阶梯来测量这个宇宙的膨胀率。这里象征性地显示的梯子是一系列在有已知距离的星系内的恒星和其他天体。通过将这些距离测量值与天体正在离开我们的速度相结合，科学家能计算那个膨胀率。. (Image credit: NASA/JPL-Caltech)
什么是哈勃紧张？
在20世纪初，当埃德温·哈勃（Edwin Hubble）揭开了这个宇宙并不是像当时相信的的是静止的而实际上是正在膨胀的证据时冲击波涟漪过物理学和天文学。因此这个膨胀率被称为哈勃常数。
这个概念在1990年代后期经历了一次重大的动摇，当时天文学家经由遥远超新星的观测发现了这个宇宙不仅正在膨胀而且正以一个加速度这样做。从那时以来，测量哈勃常数已经变成天文学家和宇宙学家的一个棘手问题，因为有两种主要确定这个值的方法------而它们不一致。
一种方法用星系的速度作为一个距离的函数来提交一个约每兆秒差距每秒73±1公里（km/s/Mpc）的哈勃常数值， 1兆秒差距代表约326万光年。这被称为“晚时间”解决方案，因为它来自最近代中宇宙的测量。
另一种测量哈勃常数的方法观察来自大爆炸后不久一个叫“最后一次散射”事件的光，其中电子与质子结合来形成第一批原子。因为自由电子先前已经急剧的散射了光子（光的粒子），防止它们旅行很远，这一事件意味着光突然的被允许自由的旅行穿过宇宙。
这种“第一光”现在被视为宇宙微波背景（CMB），而它几乎均匀的充满这个宇宙，除微小的变化之外。当天文学家测量在这些化石辐射中的微小变化时，它预测一个哈勃常数的现代日子值约为67.5±0.5公里/秒/兆秒差距。
奇怪的是，哈勃常数的这两个估计值之间的差异只是已经随两者的测量技术已经被精炼增长并已经变得更精确。这个5.6公里/秒/兆秒差距的差异以及围绕它的这个普遍问题被指为“哈勃紧张”。对于宇宙学家这是一个严重的问题，因为它提示对我们的规制这个宇宙的基本法则的理解有某些东西错的。
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造父变星挑一个边
安德森解释了为什么在哈勃常数中刚好几公里/秒/兆秒差距的差异要紧的，甚至给定了宇宙的广袤尺度。（仅可观测宇宙的宽度被估计是约29000 MPC）。
安德森说 ，“这种差异有一个宏大的意义，假设你想通过挖掘一座山的两侧来建造一条隧道。如果您已经正确的理解了岩石的类型并且如果您的计算是正确的，那么您正在挖掘的两个洞将在中心相遇。但如果它们不，那就意味着已经你做出了一个错误------要么您的计算是错误的，要么您关于岩石的类型是错误的”。
安德森说，这对哈勃紧张是类似的以及在用哈勃常数上的。
他补充说，“我们越能确认让我们的计算是精确的，我们越能得出这种差异意味着我们的这个宇宙的理解是错误的这个宇宙并不像我们想的那样的结论”。
造父变星变量测量工具的改进校准意味着该技术最终的在哈勃紧张辩论中“站在一个边上”， 提供与“晚时间”解决方案一致性。
安德森说， “我们的研究肯定73 km / s /兆秒差距膨胀率，但更重要的是它还提供造父变星为迄今为止来测量距离的最精确、最可靠校准的工具，这意味着我们不得不重新思考形成我们的物理学整体理解的基础的基本概念”。
研究小组成员说，该团队的结果还有其他影响。例如更准确的造父变星校准也帮助来更好揭示我们银河系的形状，。
研究主要作者安德森研究小组的博士生毛里肖科鲁兹雷耶斯在同一份声明中说，“因为我们的测量是如此精确，它们赋予我们探究银河系的几何形状，例如，我们开发的高精度校准将让我们更好地确定银河系作为一个平面盘星系的大小和形状以及它与其它星系的距离”。
这项新研究上周发表在《Astronomy & Astrophysics》期刊上。
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