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我们星系中巨大的‘气泡’可以解释为什么哈勃常数不一致

 天文在线 2023-04-08 发布于云南

文章介绍了LucasLombriser就我们测量测量哈勃常数的方法总会返回不同的结果提出了一种不同的方法,即如果银河系在太空中漂浮在一个巨大的低密度空腔中,这就可以解释为什么测量结果不匹配。通过调整我们的方程来解释这种密度差异,我们可以显着地缩小测量间隙。还解释一下哈勃常数的两个测量值。

关于宇宙膨胀加速度存在一个难题。

更具体说,是我们要如何测量宇宙膨胀加速度,即哈勃常数。目前有两种主要的测量哈勃常数的方法,可不管我们用这些方法测多少次,总会得出不同的结果。

因此有些人建议我们寻求新的物理学来解释这种差异。但瑞士日内瓦大学的理论物理学家卢卡斯·隆布里瑟提出了一种不同的方法。

按照隆布里瑟的说法,假设银河系是漂浮在太空中一个巨大的低密度空腔里,那就可以解释为何测量值不一致了。通过调整方程式来对密度差异作出解释,就可以显著缩小测量误差。

但在我们开始之前,需要先简单说明一下两种哈勃常数的测量值。

第一种方法基于宇宙微波辐射背景(CMB)——自大爆炸时遗留的弥漫在整个宇宙的微光背景辐射。通过大量的测量,我们已相当全面描绘出宇宙微波背景辐射,因此得知宇宙中的冷热区域与早期宇宙物质的膨胀和收缩是相对应的。

这个研究可以用来了解宇宙的膨胀历史。基于此信息计算得出的哈勃常数大约在67.4公里每秒每百万秒差距。

另一种计算哈勃常数的方法是通过测量和已知亮度的天体之间的距离,比如高亮度的La型超新星和造父变星——这类恒星的亮度和光变周期之间的关系是已知的。

因为亮度按照已知的速度随距离的变化而变暗,所以天文学家可以通过它们的绝对亮度来计算出这些天体之间的距离,因此,有时会将这类天体作为标准烛光。

标准烛光法得出的膨胀速度与宇宙微波背景辐射法时得出的不一样。根据La型超新星算出的最新的结果为72.8公里每秒每秒差距。而根据La型超新星宿主星系河外星系中的造父变星则给出了一个更大的数据——74.03公里每秒每秒差距。

“近几年这两个值在会越来越精确,但仍然会有差异。”隆布里瑟说。

“引发一场科学上的争论并不需要太多时间,这项研究甚至是令人激动的希望,这可能是我们正在研究的一种'新物理学’。”

但是标准烛光模型有一个缺点。在计算宇宙膨胀率的方程式中,模型假定质量在宇宙中分布均匀。在大范围上,这个假设可能或多或少是真的,但在小范围上,就不一定了。

这可能会影响我们周边宇宙的运转方式。因为如果我们的星系位于一个低密度空腔中,那气泡外密度更高的壳层会使得星系有一点加速度,导致它的移动速度似乎会比宇宙膨胀速度更快。

“如果我们在某种巨大的'气泡’中,而且这里的物质密度明显低于我们已知的整个宇宙的密度,这将会影响对超新星距离的测定,并最终影响哈勃常数的测定。”隆布里瑟说。

这样的研究动态并不是第一次被提出。但是隆布里瑟做的是用数学方法描述这些将会导致观测结果的气泡的参数。

他计算出,如果我们在直径约2.5亿光年、密度只有外围壳层一半的太空气泡中,那标准烛光哈勃常数,将会与宇宙微波背景辐射哈勃常数更加一致。

我们知道这样一个低密度空腔是存在的,因为宇宙是一个许多怪奇聚集的地方。银河系就是空腔边缘星系的其中一个。它直径至少有1.5亿光年,甚至可能有3亿光年那么大。

然而,在我们宣布这个谜题已被解决之前,我们需要牢记其他最近的研究发现——宇宙的局部结构对标准烛光测量法得出的哈勃常数没有影响。

但这并不意味着我们需要新的物理学。然而,更多的研究表明,我们对La型超新星的理解仍存在缺陷——可能会错误计算错了它们的亮度。另一项研究表明,在早期宇宙中可能还存在另一种暗能量,它提供了另外的膨胀加速度。

但是隆布里瑟教授相信他的理论是有理论基础的。

“在这个尺度上出现这种波动的可能性是5%-20%,这意味着这不仅仅只是理论家的幻想。”他说。

“广袤的宇宙中存在许多像我们这样的区域。”

作者: MICHELLE STARR

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