宇宙膨胀得有多快?

作者: 萌大统领

来源: 原理

发布日期: 2020-12-20

本文讨论了宇宙膨胀速率的测量方法,特别是通过哈勃常数的测量。文章介绍了两种主要的方法:宇宙距离阶梯和分析宇宙微波背景(CMB)。此外,还提到了引力波天文学的崛起及其在测量哈勃常数中的应用。最新的研究通过分析中子星合并事件的引力波和电磁波,得出了新的哈勃常数值,为宇宙膨胀速率提供了新的数据点。

宇宙究竟膨胀得有多快?自上个世纪二十年代埃德温·哈勃发现宇宙膨胀以来,人们都在试图回答这个问题。要想知道这个问题的答案,天文学家需要测量所谓的哈勃常数。过去,测量哈勃常数的方法主要有两种。一种方法常被称为宇宙距离阶梯,这是测量哈勃常数最标准、最古老的一个方法,它通过先对银河系中的天体进行测量,接着再测量邻近星系中同类型的天体的性质,来得出这些天体的距离,构建出距离阶梯。

另一种则完全不同,它是通过分析大爆炸遗留的热辐射——宇宙微波背景(CMB),推算出宇宙膨胀的速率。

12月15日,诺贝尔物理学奖得主Adam Riess领导的研究团队提交了一篇新的论文,他们在利用宇宙距离阶梯法对Gaia卫星测得的新数据进行分析之后,再次将哈勃常数的数值确定为73.2km/s/Mpc,这与他们之前的数据一致,但现在的不确定性只有1.8%。这一新结果表明,差异确实存在,而其中的原因却无人知道。

2015年,科学家首次探测到引力波。

自那之后,引力波天文学的崛起为解决许多天文学难题带来了新的可能。通过研究探测到的引力波的性质,天文学家可以获悉产生了引力波的天体的许多性质。近年来,一些研究人员正试图用引力波来测量哈勃常数。

2019年7月,一组天文学家就利用在2017年探测到的双中子星合并,得出了一个新的哈勃常数值,现在,在一项新的研究中,由物理学家Tim Dietrich等组成的国际研究小组,通过分析两颗中子星相互碰撞形成黑洞时产生的电磁波和引力波,对中子星的质量和半径进行了新的估算,并推断出了新的宇宙膨胀的速率。

通过结合这些数据,研究人员确定了对于一颗质量为1.4倍太阳质量的中子星来说,半径约为11.75km,不确定性为+0.81km和-0.86km。而在使用这些信息计算宇宙膨胀的速率时,他们测得哈勃常数值基本上与通过测量CMB所得的结果一致,结果为66.2km/s/Mpc,不确定性约为7%。虽然新的哈勃常数结果的不确定性较大,无法最终解决分歧,但它为宇宙的膨胀速率问题提供了另一个新的数据点。

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