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【原】宇宙学面临危机了:新数据表明宇宙膨胀速度,超出了理论预测!

来源:用户 博科园 收藏 编辑:杨美丽

由加州大学戴维斯分校领导的一组天文学家获得了新数据,表明宇宙正在以比预期更快的速度膨胀。这项研究是在一场关于宇宙膨胀速度的激烈辩论之后进行;到目前为止,测量结果仍然不一致。该小组对哈勃常数(宇宙膨胀率)的新测量涉及一种不同方法,天文学家使用NASA哈勃空间望远镜(HST)和W.M.Keck天文台的自适应光学(AO)系统相结合来观察三个引力透镜系统,这是第一次使用地基AO技术获得哈勃常数。

研究的合著者、加州大学戴维斯分校物理学教授克里斯·法斯纳赫特(Chris Fassnacht)说:当我20多年前第一次开始研究这个问题时,可用仪器限制了可以从观察中获得有用数据的数量。在这个项目中,我们第一次在全面分析中使用了Keck天文台的AO,多年来,我一直觉得AO观测可以为这一努力做出很大贡献,其研究结果发表在最新一期的《皇家天文学会月刊》上。为了排除任何偏见,该团队进行了盲目分析;在研究过程中,研究人员甚至对自己隐瞒了最终答案。

直到研究人员确信已经解决了尽可能多的可能误差源。这阻止了研究人员进行任何调整以获得“正确”的值,避免了确认偏差和偏见。加州大学戴维斯分校物理系的主要作者Geoff Chen说:当我们认为已经处理了所有可能的分析问题时,通过必须公布我们的发现的,即使答案是疯狂的,这总是一个紧张而令人兴奋的时刻。解盲揭示了一个与哈勃常数测量值一致的值,这些测量值来自于对接近太阳系天体的观测,例如附近的Ia型超新星或引力透镜系统;研究团队在分析中使用了后者的天体。

该研究团队的结果进一步证明了宇宙学标准模型存在问题,该模型显示宇宙在其历史早期扩张非常快,然后由于暗物质的引力膨胀速度减慢,而现在由于暗能量膨胀又开始加速。这个宇宙膨胀历史的模型是用传统哈勃常数测量组合而成,这些常数是从138亿年前宇宙开始时宇宙微波背景辐射(CMB)(宇宙开始时的剩余辐射)的“远距离”观测中获得。许多小组开始使用不同技术和研究宇宙的不同部分来获得哈勃常数,并发现从近太阳系和遥远天体观察中获得的值不一致。

这就是宇宙学的危机

加州大学戴维斯分校物理学教授克里斯·法斯纳赫特(Chris Fassnacht)表示:这就是宇宙学的危机,虽然哈勃常数在给定的时间内在空间任何地方都是恒定,但它在时间上并不是恒定。因此,当比较来自各种技术的哈勃常数时,是在比较早期宇宙(使用遥远的观测)和宇宙的晚期,更现代的部分。这表明,要么是宇宙微波背景辐射的测量存在问题,而研究小组认为这是不可能的,要么是宇宙学标准模型需要以某种方式使用新的物理学来纠正差异,使用Keck天文台的AO系统和Keck II望远镜上第二代(NIRC2)仪器。

研究团队获得了三个著名透镜类星体系统的本地测量结果:PG1115+080,HE0435-1223和RXJ1131-1231。类星体是非常明亮活跃的星系通过巨大的喷流产生,由超大质量黑洞提供动力,贪婪地吞噬其周围的物质。虽然类星体通常非常遥远,但天文学家能够通过引力透镜探测到它们,这是一种充当自然界放大镜的现象。当一个离地球较近的、足够大的星系挡住了来自非常远类星体的光时,该星系就可以充当透镜。其引力场将空间本身扭曲,将背景类星体的光弯曲成多个图像,使其看起来格外明亮。

有时,类星体的亮度会闪烁,而且由于每个图像对应于从类星体到望远镜的略微不同路径长度,所以每个图像的闪烁出现的时间略有不同,所以并不都是同时到达地球。使用HE0435-1223、PG1115+080和RXJ1131-1231,研究小组仔细测量了这些时间延迟,这些延迟与哈勃常数的值成反比。这使得天文学家能够解码来自这些遥远的类星体的光,并收集关于在光到达地球过程中宇宙膨胀了多少的信息。使用引力透镜测量哈勃常数最重要的组成部分之一是灵敏和高分辨率成像,到目前为止,最好的,基于镜头的哈勃常数测量都涉及到使用HST数据。

当研究人员打开这个盲区时,发现了两样东西。首先与以前基于HST数据的测量值保持一致,证明AO数据可以在未来提供一个强大替代HST数据的方法。其次发现结合AO和HST数据可以得到更精确的结果。该研究团队以及地球上许多其他团体,正在进行更多的研究和观察,以进一步研究。现在该研究团队已经证明Keck天文台的AO系统和HST一样强大。现在可以用更多的透镜类星体系统来尝试这种方法,以提高测量哈勃常数的精度,也许这将使天文学家们得到一个更完整的宇宙学模型。

博科园|研究/来自:WM凯克天文台

参考期刊《皇家天文学会月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz2547

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