速率_ 如何精确地衡量宇宙扩张速率,当前宇宙模型或存在根本性缺陷?

正如我们现在所知,宇宙处于持续膨胀的状态,这意味着宇宙有必然的开始。 例如,银河之间的分离运动也是膨胀的表现之一,随着银河之间的距离变远,退化的速度反而变快。 因此,测量宇宙膨胀率在宇宙探索中至关重要,退化速度与银河距离的关系是所谓的哈勃定律,从该定律得到的“银河退化率”是哈勃常数,即宇宙膨胀的速度,该值也在科学家们的观察中不断修正。 天文学家们不是参考以前的数据积累,而是选择了完全不同的恒星,重新测量了宇宙膨胀的速度。

关于红巨星的宇宙扩大率是宇宙的膨胀,科学家们已经知道了大约一个世纪的时间,我们知道了基本的事实。 那就是宇宙银河之间的距离,随着时间的流逝而变得更远。 但空间延伸的具体速度是一直无法估计的哈勃常数值。 在天体物理学中,宇宙膨胀的速度一直是激烈争论的核心问题。 因为这个值甚至会改变宇宙基本属性的解释。 此次新的测量是NASA的哈勃宇宙望远镜,参与现代宇宙膨胀率测量的研究者是科学家弗里德曼和他的团队。 研究人员的测量数据结果表明,现代扩展测量与基于宇宙的预测之间存在一些差异。

在现代宇宙中,银河系间的实际空间延伸速度比科学家预料的要快。 弗里德曼队在哈勃常数的测定中选择了被称为红巨星的星球。 哈勃望远镜观测到的数据显示,附近宇宙的放大率低于70(km/s)/Mpc,而这个值低于传统哈勃SH0ES团队使用造父变量报告的结果( 74(km/s)/Mpc )。 由于越来越多的研究指出了相同的结果,即实际观测值和预测值之间存在差异,科学家们开始考虑是否需要解释这种现象的新模型,以及是否需要宇宙基础物理学提出的模型。

如何正确测量宇宙扩张速度的弗里德曼选择了红巨星这一方法,是为了解决造父变星和微波背景之间存在的问题,测量的值不支持任何一个答案,是接近普朗克的膨胀率的结果。 有些恒星在生命结束时会变成非常明亮的红色巨星,包括我们的太阳在内,几十亿年后,就经历了这样的进化阶段。 科学家们根据不同星系恒星的红巨星阶段表现出的亮度,求出距离。 哈勃常数的计算方法简单地说就是以银河的移动速度,比较目标银河的表观衰退速度和距离值。 科学家最终推出的哈勃常数为69.8(km/s)/Mpc,当然该结果值与以前的值不同。

迄今为止,科学家们采用制造宇宙微波背景的方法,计算膨胀率为67.4(km/s)/Mpc,造父变光星测量的值为74(km/s)/Mpc。 2001年,弗里德曼带领团队实现了里程碑意义的哈勃常数测量,以造父变星为距离标记,得到了72(km/s)/Mpc的值。 对所有科学家来说,测量宇宙膨胀系数本身是一项挑战,尤其是远距离物体的距离必须正确计算。 每个人都在寻找,是什么原因导致这些不一致的结果。 我们能做到的事情有必要从哪些方面开始,例如对于当前正在测量的恒星不充分理解,或者现在的宇宙学模型本身还不完整,以及两者都有改善。 所以弗里德曼的团队选择了完全不同的恒星,计算了独立的哈勃常数路径,调查了之前的测定结果。

造父变星如何“校正”宇宙膨胀率,通过正确测量到附近银河的距离,从宇宙距离尺度决定宇宙天体的距离,将该恒星作为里程碑的标识,可以使用到更远的银河。 科学家们通过观测造父变星直径的变化,计算与地球的距离,有助于更正确地测量各银河与地球的距离,进一步“校正”宇宙膨胀率。 科学家使用哈勃望远镜,观测了大麦哲伦星云中70颗称为造父变光星的脉动星,将这些造父变光星与更远星系中的造父变光星,与更明亮的超新星的测量结果进行了比较。 星团成员造父变光星的明暗交错率与固有光度有直接关系。 天文学家决定了这个值后,就可以通过测量恒星发出的光来计算到银河系的正确距离。 当新的哈勃观测与大麦哲伦星云的独立测距技术相关时,研究人员可以加强所谓“航天梯度”的基础,这种“微调”显着提高了航天膨胀速度的准确性。

造父变光星是亮度周期性变化的恒星,北极星就是其中之一。 这样的恒星像深呼吸一样持续膨胀和收缩,光也会改变。 科学家们通过观测发现,造父变星的光变周期与绝对光度有关,因此从地球上观测到的亮度与距地球的距离有关。 如果知道一个造父变星和地球的正确距离,就可以利用其他造父变星的视星等和绝对光度数据,推测这些变星的距离,确定它们所在的银河和地球的距离。 星系距离是计算宇宙膨胀率的基础。 但是,离地球最近的造父变光星也有数百光年,用传统的视差法很难直接测量距离。 因此,科学家们采用“光学干涉测量”技术,使两台小型望远镜发挥了大型望远镜的效果,直接观察了“双子座泽塔”造父变光星的膨胀和收缩。 利用其尺寸变化和亮度数据,直接计算了与地球的正确距离。 在此基础上,科学家更加准确地计算了包括造父变光星在内的其他星系与地球的距离。

近年世纪的哈勃常数值测定1924年,首次发现银河以外的银河,这位科学家被称为爱德温哈勃,用强大的“新霍克望远镜”测定到银河的距离。 同时,他意识到银河的距离越远,从我们身后逃出的速度越快,也是宇宙各个方向均匀扩展的有力证据。 哈勃常数的基础是扩张率,人类可以知道宇宙的年龄、起源、进化和未来所经历的命运线索。 在过去的大约一个世纪里,天文学家们没有停止对哈勃常数的仔细测量。

根据不同哈勃常数的估计,哈勃太空望远镜在1990年发射之前,科学家把宇宙的年龄定义在100亿年到200亿年之间。 因此,使该值更加正确也是哈勃望远镜的最大搜索目标。

宇宙总是膨胀,像烤箱的面团一样银河之间的空间扩大。 宇宙的扩张速度有多快? 哈勃望远镜和其他望远镜在回答这个问题时,他们的观测和科学家以前的预测出现了明显的差异。 到了1990年代,科学家终于把哈勃常数值提高了10%,意味着有必要进一步正确数十亿光年的“银河间”距离。 因此,弗里德曼把研究的焦点放在附近银河中老化的红巨星上,根据它们在末期进化的重要阶段的亮度峰值,计算了实际的距离。 这些不同的现代宇宙扩展速度,与科学家对宇宙的预测相差甚远,但表明当前宇宙模型很可能不完整,甚至存在根本缺陷。

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