宇宙膨脹速度有多快?哈勃望遠鏡最新數據,卻產生了嚴重問題

20世紀20年代,美國天文學家埃德溫·哈勃在觀測宇宙遙遠天體的時候,發現一個非常值得注意的現象,那就是所有的遙遠星系都在遠離地球。

在進行了足夠多的觀測后,他提出了大膽的假設,那就是宇宙處于膨脹狀態!那些看起來遠離我們的星系,其實是在隨著宇宙空間膨脹。這個發現是非常驚人的,因為連愛因斯坦都認為宇宙是恒定的,哈勃的這個發現讓愛因斯坦都承認自己犯下了一個巨大的錯誤。

在確定宇宙處于膨脹狀態之后,科學家們接下來的一個問題就是:宇宙的膨脹速度到底有多快?它是以怎樣的模式膨脹的?

根據哈勃的觀測,他發現:距離我們越遠的天體,遠離我們的速度越快,也就是說,在距離我們越遠的位置上,宇宙的膨脹速度越快。而且,宇宙的膨脹速度和空間與地球的距離成正比,這就是著名的哈勃定律,以公式的形式表示就是:

其中,v代表的就是某個位置的宇宙膨脹速度,D是這個位置和地球之間的距離,H0叫做哈勃常數。

這麼看來,這里沒什麼問題。不過,哈勃雖然提出了這個定律,但由于當時的觀測條件有限,他得出的數值非常離譜,和今天的結論差了好幾倍。因此,盡管有了這個公式,我們卻并不知道宇宙的膨脹速度到底是多少。

別說是哈勃了,就連今天的天文學家,也沒有確定哈勃常數的具體數值,它仍然是當今世界上最重要的宇宙謎題之一。

哈勃本人沒有完成的工作,以他的名字命名的望遠鏡——哈勃太空望遠鏡則在努力地完成這項偉業。最近,《天體物理學雜志》上刊登了一項最新的研究成果,科學家們利用哈勃望遠鏡進行觀測后,得出了迄今為止最精確的哈勃常數數值。

研究人員們將他們的這項工作命名為與暗能量相關的計算超新星狀態方程的哈勃常數(Supernova, H0, for the Equation of State of Dark Energy,SHOES),并且已經進行很多年了,參與者之中還包括諾貝爾獎獲得者Adam Riess。

這里提到的超新星,指的是Ia型超新星,這種超新星非常明亮,并且能夠幫助天文學家判斷它所在的星系和地球之間的距離。再通過這個星系的紅移值,天文學家可以測得它的退行速度,這就可以進而計算哈勃常數了。

通過哈勃太空望遠鏡和其他一些地基望遠鏡的數據,他們獲得了大量的比以往更加精確的數值,判斷某些星系和地球之間的距離,從而計算哈勃常數。

根據這一次的研究結果,科學家們得出的數據是:宇宙的膨脹速度是73±1千米/秒/百萬秒差距。

秒差距是天文學的一個長度單位,1秒差距約等于3.26光年。也就是說,在距離地球大約326萬光年的位置上,宇宙的膨脹速度大約是每秒73公里;如果是在652萬光年外,那麼宇宙的膨脹速度就是差不多146公里。

這次研究解決了宇宙膨脹速度的謎題了嗎?

很遺憾,并沒有,因為科學家們還有別的數據。

在此之前,還有其他的天文學家利用其他方法計算了宇宙的膨脹速度。宇宙微波背景輻射也可以用來計算宇宙的膨脹速度,天文學家在利用歐洲航天局的普朗克衛星進行了這方面的觀測數據之后,得出的結論是:宇宙的膨脹速度是67.5±0.5千米/秒/百萬秒差距。

這就是問題的尷尬之處:兩種不同的方法得出的數據非但沒有相互印證,反而出現了矛盾之處。可是,每一種方法看起來都沒有問題,天文學家指出,這種矛盾源自于偶然的機率僅有1/100萬,也就是說,基本上可以確定兩種方法在各自正確的情況下出現了不同的結果。那麼問題到底出現在哪里呢?

這個矛盾不是這一次剛剛出現的,而是早在很久以前就出現了。更奇怪的是,隨著相關研究越來越多,兩種方法得到的結果非但沒有逐漸靠近,反而越差越遠了!

這兩個數據并不是孤立的,它們都有各自的證據。其他團隊對今天的宇宙進行的其他觀測,基本上都符合這一次研究的結果;相對應的,也有一些其他研究對宇宙大爆炸后幾十萬年內的狀態進行了觀測(宇宙微波背景輻射形成于大爆炸的38萬年后),也都能夠印證通過宇宙微波背景輻射計算的哈勃常數。

難道這是兩個不同的宇宙?

早在3年前,Riess在一個媒體發布會上就曾經提出過他的想法:兩種方法測量的對象并不完全相同,他們測試的是今天的宇宙膨脹速度,而另一種手段所研究的是一百多億年前的宇宙。根據他的推測,既然兩種數據之間出現了差異,并且似乎不是出自偶然,那很有可能是目前連接早期宇宙和今天宇宙的模型出了問題。

可能導致這個問題的,就是暗能量。

暗能量是導致宇宙膨脹的根本原因,所以我們確實有理由把關注點放在它的身上,這也是本次研究的名字中還提及了暗能量的原因。

不過,暗能量到底是什麼,仍然令科學家們一頭霧水。毫不夸張地說,人類對于暗能量幾乎是一無所知。因此,想要解釋兩種方法得到的哈勃常數不同的矛盾,還需要更多的研究。

總之,我們可以肯定,宇宙中一定隱藏著人類還不知道的神秘理論。只有發現了這個理論,才能真正破解宇宙膨脹速度之謎。希望未來更多的望遠鏡和觀測數據,能夠給天文學家們一個啟發。

宇宙到底會永遠膨脹下去,還是在未來某一天會收縮,就在于暗能量的威力了。

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