宇宙学大危机:别扭的哈勃常数

宇宙膨胀的速度超出了理论的预言,没人知道为什么。

一组研究人员借助最新型望远镜观测到的数据佐证了这一发现。根据他们的研究(上个月发表在《皇家天文学会月刊》上),对宇宙膨胀速度精确测量的结果与科学家数十年来一直使用的标准模型不符。

天体物理学家、合著者克里斯·法斯纳赫特(Chris Fassnacht)在新闻稿中指出:“这是宇宙学的危机。”

诺贝尔奖获得者亚当·里斯(Adam Riess)在4月份表示:“理论和实际观察间的差异越来越大,已经到了无法消除的地步。这不可能只是偶然。”他补充说,这些研究“可能是宇宙学几十年来最激动人心的进展。”

哈勃常数的奥秘

宇宙就像吹起来的气球,越来越大,将星系拉得更远。数十年来,科学家一直试图精确测量出宇宙膨胀速度的系数——一个被称为哈勃常数的数字。

研究人员借助138亿年*前从大爆炸中遗留下来的辐射(称为宇宙微波背景(CMB))来研究宇宙的历史。

因为光速恒定,所以从远处射来的光,也是来自过去的光。

例如,观察太阳时,我们在地球上看到的是8分钟前出现的太阳,因为它距我们约8光分远。因此,当科学家观察距离足够遥远的天体时,他们看到的是宇宙最初的图景。

基于这些观察,科学家们发现,在大爆炸之后,宇宙起初发展得非常迅猛。然后,随着暗物质的引力作用,减缓了膨胀的势头。暗物质是一种看不见的神秘力量,约占宇宙全部物质质量的85%(总质量26.8%)。

但是最近,当代宇宙学的测量结果表明,它的膨胀速度远远超出了标准模型**的预测。里斯在4月份发现,宇宙的扩展速度比基于CMB的理论计算结果快9%。

当时他说:“那不仅仅是两个结果不一致的实验。我们正在测量一些根本不同的东西。一个是实际衡量现今宇宙的扩张速度,另一个则是基于宇宙物理学的理论预言。如果这些数字不一致,我们或许将被迫抛弃某些经典理论。”

全新的观测手段,同样的困境

研究人员在夏威夷的凯克天文台望远镜中应用了最尖端的反射镜系统。该设备使用的镜片,可以校正由地球大气层引发的变形,能够返回天空中物体的超清晰图像。

研究人员将望远镜对准了三个明亮的、活跃的星系系统——类星体。

他们利用引力透镜现象展开了研究,测量了光经过大质量天体时发生弯曲的方式。巨大的天体弯曲了周围的光线,使科学家能够看到同一类星体略有不同的时间片段——扭曲的版本。

像之前的研究一样,新结果表明,宇宙的膨胀速度比标准模型所预测的要快。研究人员比较了它与哈勃太空望远镜的数据,结果是一致的。

天体物理学家谢里·苏尤(Sherry Suyu)说:“早期和晚期宇宙的哈勃常数存在差异,意味着我们目前的模型中缺了某些东西。可能是奇特的暗能量,或者是新的相对论性粒子,或者是其他尚未发现的新物理机制。”

科学家也不清楚缺失了哪块拼图。一些人认为罪魁祸首是暗能量,暗能量是占宇宙总质量约68%的神秘、看不见的力量。或许就是这一力量推动了宇宙的膨胀。

法斯纳赫特说,他希望科学家能利用新式望远镜收集到更精确的数据。

“也许这将引导我们建立一个更完备的宇宙模型。”