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丹麥科學家發現:測量宇宙膨脹的速度方法也存在兩種差異


自從美國著名天文學家哈伯證明了兩個星系之間的距離越遠,它們彼此移動的速度就越快,研究人員就一直在測量宇宙的膨脹率,即哈勃常數。但是,由於使用早期宇宙中的輻射和使用附近物體對這種膨脹的測量結果存在差異。

現在,丹麥哥本哈根大學尼爾斯·玻爾研究所的研究人員用於確定宇宙膨脹率的速度測量可能並不可靠。

目前,天文學家使用兩種非常不同的技術來測量宇宙的膨脹。一種是基於測量附近星系的距離和速度之間的關係,而另一種則源於研究極早期宇宙的背景輻射。令人驚訝的是,這兩種方法目前發現的宇宙膨脹率並不相同。如果這種差異是真實存在的,那麼對宇宙發展的重新解釋將是一個新的、相當戲劇性的後果。然而,哈伯常數的差異也有可能是來自於不正確的測量。在宇宙中測量距離是很困難的,所以很多研究都集中在改進和重新校準距離測量上。儘管如此,在過去的4年里,這種分歧仍未得到解決。

遙遠星系的速度很容易測量,或者說我們是這麼認為的。

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尼爾斯·玻爾研究所的研究人員現在關注一個相關問題:速度的測量。根據一個遠程物體遠離我們的速度,它的光會轉變為更紅的顏色。有了這種所謂的紅移,就可以從遠程星系的光譜中測量速度。與距離的測量不同,直到現在人們還認為速度相對容易測量。

上圖的兩次觀測中,紅移都是根據超新星的清晰度來測量的。但在觀測星系時,測量的是爆炸後的噴射物。星系2的測量結果變得更加不確定,因為我們並不清楚在每種情況下爆炸噴射物質的速度。儘管如此,為了獲得儘可能多的數據,還是要進行測量。

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研究人員發現,用於確定宇宙膨脹率的速度測量可能並不可靠。

研究人員最近檢查了過去25年中收集的1000多顆超新星的距離和速度測量,他們發現結果有驚人的差異。尼爾斯·玻爾研究所的碩士生阿爾伯特·斯內彭解釋說:"我們一直認為測量速度是相當直接和精確的, 但事實證明,我們實際上是在處理兩種類型的紅移。"

第一種類型,測量宿主星系遠離我們的速度,被認為是最可靠的。而另一種紅移則是測量星系內部爆炸的恆星所噴射出的物質的速度。或者,更準確地說,從超新星射出的物質以百分之幾的光速向我們移動。在對這種額外的運動進行補償後,宿主星系的紅移和速度就可以確定了。但這種補償需要一個精確的爆炸模型。研究人員能夠確定,這兩種不同測量技術的結果導致宇宙有兩種不同的膨脹歷史,因此也有兩種不同的組成。

那麼,這是否意味著早期宇宙的測量和新的測量最終都是速度的不精確測量問題呢?也許不是,研究人員之一比迪莎·森說說:"即使我們只使用更可靠的紅移,超新星的測量結果不僅繼續與從早期宇宙測量到的哈勃常數不一致,它們還暗示了關於宇宙組成的更普遍的差異。"

尼爾斯·玻爾研究所的副教授查爾斯·施泰因哈特認為:"如果我們實際上正在處理兩個差異,這意味著我們目前的模型將以一種有趣的方式 被打破。為了解決兩個問題,一個是關於宇宙的組成,一個是關於宇宙的膨脹率,與我們只想解釋膨脹率的單一差異相比,需要相當不同的物理解釋。"

通過位於大加那利島的北歐光學望遠鏡,研究人員現在正在從宿主星系中獲取新的紅移。當他們將這些結果與基於超新星的紅移進行比較時,他們將能夠看到這兩種測量技術是否仍然不同。"

施泰因哈特說:"我們已經了解到,這些敏感的測量需要精確的速度測量,而這些將通過新的觀測來實現。"

該研究成果已發表在《天體物理學雜誌》上。

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