|
宇宙的膨胀速度有多快？这是科学家一直在探索的一个重要问题，因为它关系到我们人类对宇宙的基本认知，比如说宇宙的年龄。一个简单的逻辑就是，既然宇宙一直处于持续膨胀的状态，那么如果我们将时间回溯（就像倒放一部影片一样），宇宙就是在不断缩小，在这种情况下，当宇宙缩小到无法再缩小的时候，就是宇宙最初的形成时间。
需要知道的是，宇宙最初产生的光到现在仍然在空间中传播，只不过由于宇宙的膨胀，现在的它们在经过漫长的时间之后已经变成了微波，进而形成了一个覆盖整个天空的辐射场，这就被称为“宇宙微波背景辐射”，通过对其进行精密地观测，并对其中的微小波动进行统计和分析，我们就可以知道一些关于宇宙的重要参数，其中就包括了宇宙的膨胀速度。 宇宙的膨胀率可以用哈勃常数来表示，这个常数由天文学家埃德温·哈勃提出，它表明了那些遥远的星系因为宇宙膨胀而远离我们的“退行速度”，和这些星系与我们的距离存在着线性关系，这个关系可以用一个公式“v = H_0 × d”来表示（其中v、 H_0、d分别代表星系的“退行速度”、哈勃常数、星系与我们之间的距离）。
在2013年的时候，科学家根据普朗克卫星对“宇宙微波背景辐射”的观测数据得出，哈勃常数的值为67.80±0.77km/s/Mpc，其中“Mpc”表示百万秒差距，换算下来大约为326万光年，也就是说，星系与我们的距离每增加326万光年，其“退行速度”就会增加67.80±0.77千米/小时。相信大家都听说过，宇宙诞生于大约138亿年前，这个数据其实就是据此计算出来的。 然而根据近日发表在《天文学与天体物理学》上的一项题为“A 0.9% calibration of the Galactic Cepheid luminosity scale based on Gaia DR3 data of open clusters and Cepheids”的新研究，研究人员通过另一种测量方法得到的哈勃常数，与基于“宇宙微波背景辐射”的观测数据得出的结果相去甚远。 研究人员表示，在过去的相关研究中，就曾经出现过类似的情况，而最新观测数据再次暗示，人类对宇宙的基本认知，可能是错误的。
实际上，除了“宇宙微波背景辐射”之外，我们还可以通过观测那些遥远的恒星或星系来获取到哈勃常数的值，简单来讲就是，只要我们可以测量出观测目标因为而远离我们的“退行速度”，以及它与我们之间的距离，就可以通过前面提到的公式（即“v = H_0 × d”）来计算出哈勃常数。 怎么做呢？“退行速度”其实可以通过测量观测目标的红移值来得到，其原理可以简单地描述为，如果一个发光的天体正在远离我们而去，那它向我们发出的光的波长就会变长，频率也会降低，这种现象就被称为“红移”，天体远离我们速度越快，其红移值就越大。
而对遥远天体的距离进行测量，则需要利用宇宙中的“标准烛光”。所谓“标准烛光”，是指一些绝对亮度确定的天体，它们可以用来作为测量天体距离的参照物，此次研究利用的，是一种被称为“造父变星”的恒星。 “造父变星”的特点是它们会周期性地膨胀和收缩，进而导致它们的亮度发生有规律的变化，科学家早已发现，“造父变星”亮度变化周期与它们的绝对亮度存在着确定的对应关系，即周期越长，绝对亮度就越高，反之亦然，所以这种恒星就可以用来作为“标准烛光”。
绝对亮度其实就是指天体的真实发光本领，与之对应的还有视亮度，即天体在我们眼中的亮度，在绝对亮度确定的情况下，一个天体距离我们越远，其视亮度就越低，这遵循平方反比定律，因此如果我们知道了一个天体的绝对亮度和视亮度，就可以准确地计算出它与我们之间的距离。 在此次研究中，研究人员使用了来自盖亚卫星的最新观测数据，对位于28个疏散星团中的34颗造父变星的亮度和周期的关系进行了高精度地校准，把误差范围缩小到了±0.9%，并据此计算出哈勃常数的数值为73.0±0.9km/s/Mpc。
需要注意的是，在过去的研究工作中，科学家还利用了其他的测量方法去计算哈勃常数，而不同的测量方法得到的结果却存在着差异，例如科学家在2006年使用钱德拉X射线天文台的观测数据得到的哈勃常数约为77km/s/Mpc，而在2019年的时候，科学家利用引力透镜观测数据计算出哈勃常数为82.4km/s/Mpc。 研究人员认为，通过不同的测量方法得到的计算结果始终有差异存在，这暗示了人类对宇宙的基本认知，可能是错误的，我们测量的精度越高，这种可能性就越大，或许我们需要引入一些新的物理概念或者参数来解释这种差异，进而帮助我们真正地理解宇宙是如何开始、如何演化以及如何结束的。 |
|
|
