科学|新方法！测量哈勃常数，探索广阔宇宙
如今宇宙学中最令人激动的事可能是我们还可以用另一种方法来测量宇宙的膨胀 。
宇宙一直在膨胀 。 我们根据可探测到的最远的电磁辐射测量预测了一个膨胀率值 ， 但这个值与从距离更近的物体处收集到的测量值不同 。 若这两个数值真的不相容 ， 可能标志着目前用来描述宇宙演化的宏大理论被打破了 。 如今有科学家设计了一种令人兴奋的新方法 ， 这种方法不太依赖于人类假设的宇宙运作规律 。
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星系团SDSS J0915+3826中的引力透镜
照片来自: 欧洲宇航局/哈勃
“我们的方法对宇宙模型的选择不敏感 ， ”这项研究的第一作者、来自马克斯·普朗克天体物理研究所的因·杰（Inh Jee）说 ， “这是我们真正想强调的 。 ”
早在上世纪20年代 ， 埃德温·哈勃就让天文学家们相信 ， 本就遥远的天体正在远离我们 ， 但从那时起它们的后退速度 ， 也就是哈勃常数 ， 就一直是一个争论的话题 。
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新型的望远镜带来了新的观测结果 ， 比如那些由普朗克卫星拍摄的数据已经确定哈勃常数为67.4公里/秒每百万秒差距 ， 意味着每隔326万光年(称为百万距离) ， 物体就会以每小时67.4公里的速度彼此远离 。 但是实际基于其附近光源的特性的观察推测总是得到更大的膨胀率值 。
物理学家们正在争论这些数值是否真的更大 ， 如果是的话 ， 值的差异是由于计算物体距离的方式产生的 ， 还是说它真的是一个未被发现的物理学信号 。 《量子》杂志发表了一篇优秀文章 ， 总结了这个故事和它的戏剧性 。
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这个问题主要受限于测量物体距离的难度 。 科学家通常依赖于已知亮度的物体 ， 即所谓的标准烛光 ， 观测越亮 ， 证明物体越近 ， 反之越暗就越远 。 作为标准烛光的天体包括某些超新星以及闪烁速率取决于亮度的恒星 。 科学家还可以依赖所谓的标准尺——大小已知、距离可以根据其在天空中显示的大小来计算的物体——来测量星体距离 。
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杰解释说 ， 名为HoLiCOW的测量哈勃常数的团队 ， 曾使用一种标尺方法来确定距离 ， 现在这个方法已经改进 ， 不再那么依赖于人类的假设 。 这种方法通过计算一个遥远物体的半径(称为引力透镜) ， 将其作为标尺；根据发表在《科学》杂志上的论文 ， 这个标尺可以提供到作为标准烛光的超新星的精确绝对距离 。
在观察像星系这样的大质量物体时 ， 会看到其后有很多明亮物体的图像 ， 因为它巨大的引力会像透镜一样扭曲光(因此得名“引力透镜”) 。 有时背景中的物体甚至会扭曲成一个圆环 。 如果一个背景物体在闪烁 ， 那么图像上它可能会在不同的时间闪烁 ， 这取决于弯曲光的传播距离 。 科学家还可以测量在这些遥远星系中运行的恒星的速度 ， 从而得到该星系的引力势和质量 。 结合这些信息可以计算出到透镜星系的距离和星系大小 。
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然后 ， 研究人员可以使用透镜星系作为标准尺和校准器来计算到某些超新星的绝对距离(这些超新星通常用来确定哈勃常数) 。 这种计算常数的方法能够更少地依赖人类对事物的假设 ， 比如宇宙中存在多少暗物质和暗能量这类问题 。
根据他们的新方法 ， 研究人员仅基于两个物体就计算出了宇宙膨胀值 。 他们得出了一个非常高的值 ， 82.4千米每秒每百万秒差距 ， 但是统计误差太大了 ， 还不可信 ， 这个研究只是一个试点 。
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亚当·瑞斯 ， 约翰霍普金斯大学的天文学家 ， 也是哈勃常数测量小组SHoES的领导 ， 在电子邮件中告诉Gizmodo网站 ， 这个结果并不是决定性的 ， 但“很高兴看到人们在寻找替代方法 ， 就像这个项目” 。
昆士兰大学的澳大利亚天体物理学家塔玛拉·戴维斯在《科学》杂志的附带评论中写道 ， 消除对人类假设的依赖“在试图弄清楚不同技术之间产生差异的根源时很重要” 。
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测定哈勃常数有很多不同的方法 ， 可以使用标准烛光和标准尺 ， 甚至是使用碰撞的中子星(实际上还需要检测更多碰撞的中子星 ， 才能使这种方法起作用) 。
杰告诉Gizmodo网站, HoLiCOW团队计划尽快减少他们的实验误差 ， 并通过测量更多的透镜和透镜星系内的恒星运动来确定到恒星的距离 。
对物理学家来说 ， 对哈勃常数的讨论一直具有重要意义 ， 因为它代表了目前最成功的宇宙理论中不完善的地方——也是一个需要新想法和新实验来揭示宇宙运行规律的地方 。
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作者: Ryan F. Mandelbaum
FY: Kylin
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