哈勃和盖亚联手加剧宇宙难题

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利用两个太空望远镜的力量和协同作用，天文学家对宇宙的膨胀率进行了迄今为止最精确的测量。

结果进一步加剧了测量附近宇宙的膨胀率与遥远的原始宇宙的膨胀率之间的不匹配 - 在恒星和星系甚至存在之前。

这种所谓的"紧张"意味着宇宙基础可能存在新的物理学。可能性包括暗物质的相互作用强度，暗能量比以前想象的更加异乎寻常，或者是空间挂毯中的未知新粒子。

使用世界上最强大的两个太空望远镜 - NASA的哈勃望远镜和欧洲航天局的盖亚 - 天文学家已经对宇宙的扩张率进行了迄今为止最精确的测量。这是通过使用称为造父变星作为宇宙尺度的特殊类型的恒星来测量附近星系之间的距离来计算的。通过比较哈勃测量的内在亮度和从地球上看到的表观亮度，科学家们可以计算它们的距离。盖亚通过几何测量我们银河系内的造父变星的距离，进一步细化了这一尺度。这使得天文学家能够更精确地校准在外部星系中看到的造父变星的距离。

结合NASA哈勃太空望远镜和欧洲航天局（ESA）盖亚空间天文台的观测资料，天文学家进一步完善了哈勃常数的先前值，即宇宙从138亿年前的大爆炸中扩展的速度。

但随着测量变得更加精确，团队对哈勃常数的确定与来自另一个太空观测站（ESA的普朗克任务）的测量结果越来越不一致，后者正在为哈勃常数提出不同的预测值。

普朗克绘制了原始宇宙，因为它在大爆炸后仅36万年才出现。整个天空都印有微波炉编码的大爆炸的标志。普朗克测量了宇宙微波背景（CMB）中涟漪的大小，这些涟漪是由大爆炸火球中的轻微不规则产生的。这些涟漪的精细细节编码了暗物质和正常物质的数量，当时宇宙的轨迹以及其他宇宙学参数。 这些仍在评估中的测量结果使科学家能够预测早期宇宙如何演变成我们今天可以测量的膨胀率。然而，这些预测似乎与我们附近的当代宇宙的新测量值不相符。

"随着新的盖亚和哈勃太空望远镜数据的增加，我们现在对宇宙微波背景数据产生了严重的压力，"普朗克团队成员兼英国剑桥卡夫利宇宙学研究所的首席分析师George Efstathiou表示。不参与新工作。

太空望远镜科学研究所的团队领导和诺贝尔奖获得者亚当·里斯以及马里兰州巴尔的摩市的约翰斯·霍普金斯大学说："我们对早期和晚期宇宙观点之间的紧张关系似乎已经成为一种全面的不相容。" "在这一点上，显然它不仅仅是任何一次测量中的一些严重错误。就好像你预测一个孩子从增长图表中变得多高，然后发现成年人他或她变得非常超过预测。我们非常困惑。"

2005年，Riess和SHOES（国家方程式的超新星H0）团队的成员开始以前所未有的准确度来衡量宇宙的膨胀率。在接下来的几年里，通过改进他们的技术，该团队将利率测量的不确定性削减到前所未有的水平。现在，随着哈勃和盖亚的力量加起来，他们将这种不确定性降低到2.2％。

因为需要哈勃常数来估计宇宙的年龄，所以长期寻求的答案是宇宙学中最重要的数字之一。它以天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）命名，他近一个世纪前发现宇宙在各个方向均匀扩张 - 这一发现催生了现代宇宙学。

星系似乎与它们的距离成比例地从地球后退，这意味着它们离它们越远，它们似乎越快离开。这是扩大空间的结果，而不是真实空间速度的值。通过测量哈勃常数随时间的变化，天文学家可以构建我们宇宙演化的图景，推断出宇宙的构成，并揭示有关其最终命运的线索。

测量这个数字的两种主要方法给出了不相容的结果。一种方法是直接的，通过测量我们当地宇宙中的恒星来建立宇宙"距离梯"。另一种方法是使用CMB在大爆炸后不久测量宇宙的轨迹，然后使用物理学来描述宇宙并推断到当前的膨胀率。总之，测量应该提供我们对所谓的宇宙"标准模型"的基本理解的端到端测试。但是，这些碎片不合适。

利用哈勃和Gaia最新发布的数据，Riess团队测量了目前的扩展速度为每秒百万分之73.5公里（45.6英里）。这意味着，距离我们的星系距离每隔330万光年远，它似乎每秒移动73.5公里。然而，普朗克的结果预测，今天宇宙应该以每秒百万分之67.0公里（41.6英里）的速度扩张。随着团队的测量变得越来越精确，它们之间的鸿沟不断扩大，现在大约是其不确定性的四倍。

多年来，Riess团队通过精简和加强"宇宙距离阶梯"来改进哈勃恒定值，用于测量到附近和远处星系的精确距离。他们将这些距离与空间的扩展进行了比较，通过来自附近星系的光的拉伸来衡量。利用每个距离处的表观向外速度，他们计算了哈勃常数。

为了测量附近星系之间的距离，他的团队使用了一种特殊类型的恒星作为宇宙尺度或里程碑标记。这些称为Cephied变量的脉动恒星以与其固有亮度相对应的速率变亮和变暗。通过比较它们的内在亮度和从地球上看到的表观亮度，科学家们可以计算它们的距离。

盖亚通过几何测量银河系中50个造父变量的距离，进一步完善了这一尺度。这些测量与哈勃望远镜的亮度精确测量相结合。这使天文学家能够更准确地校准造父变星，然后使用在银河系外看到的那些作为里程碑标记。

"当你使用造父变星时，你需要距离和亮度，"Riess解释道。哈勃提供了有关亮度的信息，盖亚提供了准确确定距离所需的视差信息。视差是由于观察者观点的变化导致物体位置的明显变化。古希腊人首先使用这种技术来测量从地球到月球的距离。

"哈勃作为通用天文台真的很棒，但盖亚是校准距离的新黄金标准。它是专门用于测量视差的 - 这就是它的设计目的，"太空望远镜科学研究所的Stefano Casertano和SHOES团队的成员补充道。"盖亚带来了重新校准所有过去距离措施的新能力，它似乎证实了我们以前的工作。如果我们用Gaia视差替换所有先前的距离梯度校准，我们得到哈勃常数的相同答案。这是两个非常强大和精确的天文台之间的交叉检查。"

Riess团队的目标是与盖亚合作，在20世纪20年代初期将哈勃常数提升至仅为百分之一的门槛。与此同时，天体物理学家可能会继续努力重新审视他们关于早期宇宙物理学的观点。

本文选自：今日头条

小詠。

第一次听说望远镜能联手