宇宙膨胀率越测量谜团越大,遗漏了什么?

宇宙诞生之谜,有多种假想,许多科学家更倾向于“宇宙大爆炸:的假想,因为20世纪20年代,埃德温·哈勃(Edwin Hubble)提出了宇宙处于膨胀状态,过去100多亿年里,宇宙的扩张一直在使星系之间的距离拉大。为了证实这种推测,科学家对遥远星系中正在爆发的恒星进行多次观测。通过观察,科学家确认宇宙膨胀理论,同时这一膨胀速率的测量结果被称为哈勃常数。

宇宙膨胀速度一般用哈勃常数来表征,而估算哈勃常数的方法最常见的有两种:

一种方法是欧洲航天局盖亚天文台观察宇宙微波背景辐射,以追踪宇宙早期的膨胀。微波背景辐射认为,星空背景普遍存在3K微波背景辐射,这种辐射在天空是各向同性的,是宇宙大爆炸遗留下来的热辐射。如上图是据欧航局2009年发射的“普朗克”探测器收集的数据绘制而成,反映宇宙膨胀率的哈勃常数67km/s/Mpc即每距离一个Mpc的星系都在以67km/s的速度远离另一个星系。

宇宙微波背景辐射

另一种最新的方法是: 哈勃望远镜使用“宇宙距离阶梯”来测量宇宙间的距离。

此图显示了天文学家用来计算宇宙随时间扩张的速度的三个基本步骤, 这个值称为哈勃常数。所有的步骤都包括建立一个强大的 "宇宙距离阶梯", 首先测量到附近星系的精确距离, 然后移动到越来越远的星系。

哈勃常数的三个步骤

造父变量是观测较好的对象,最近的造父变量是附近大麦哲伦云中的70个造父变星。哈勃太空望远镜通过寻找彼此足够近的造父变星群,在之间移动而无需重新校准望远镜指向,这些造父变星非常明亮,哈勃太空望远镜只需要观察两秒钟,这种技术能够在一个轨道的持续时间内观察十几个造父变星。天文学家将附近造父变星的测量值与更远星系中的测量值进行比较,得出更远星系中的测量值。即利用"阶梯"方法,天文学家可以在宇宙中测到很远的距离。天文学家将这些距离值与整个星系光的测量进行比较, 由于空间的均匀膨胀,计算出宇宙膨胀的速度:哈勃常数。哈勃常数的新估计值是74km/s/Mpc,这意味着, 每330万光年距离我们, 一个星系的移动速度似乎就会达到每秒74公里。

大麦哲伦云

这个数字表明,宇宙的膨胀速度比预测的67km/s/Mpc速度快9%,对这种不匹配的一种解释是, 在年轻的宇宙中意外地出现了暗能量, 现在人们认为暗能量占宇宙内容的70%。由约翰霍普金斯大学的天文学家提出,这个理论被称为“早期暗能量”。另一个解释是, 宇宙包含一个新的亚原子粒子, 接近光速,这种快速粒子统称为 "暗辐射", 包括以前已知的粒子, 如中微子, 这些粒子是在核反应和放射性衰变中产生的。这些解释还只是假想,或许还遗漏了驱动宇宙系统中的一个关键机制,都需要科学的进一步研究。

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