宇宙膨脹速度測量達到前所未有的精度

最新的測量結果來自NASA斯皮策太空望遠鏡,得益於對遙遠變星的紅外觀測

宇宙剛剛收到一張新的超速罰單。

有史以來對宇宙膨脹速度最精確的測量結果出爐了,這要歸功於NASA的斯皮策太空望遠鏡,而且結果令人震驚。空間本身正在解體,以每秒每百萬秒差距 74.3 ± 2.1 公里(每秒每百萬秒差距 46.2 ± 1.3 英里)的速度膨脹(一百萬秒差距大約是 300 萬光年)。

如果這些數字有點難以理解,請放心,這真的非常非常快。而且它一直在加速。


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美國天文學家埃德溫·P·哈勃在 20 世紀 20 年代首次發現我們的宇宙不是靜態的。事實上,哈勃發現,自 137 億年前的宇宙大爆炸開始以來,空間一直在膨脹。然後在 20 世紀 90 年代,天文學家再次震驚世界,他們揭示這種膨脹正在加速(這一發現為發現者贏得了2011 年諾貝爾物理學獎)。

自從哈勃最初的發現以來,科學家們一直在努力改進他們對宇宙膨脹率的測量,這被稱為哈勃常數。這是一個很難進行的測量。

新的數值將哈勃常數的不確定性降低到僅 3%,並將測量精度比之前哈勃太空望遠鏡的估計提高了三倍。

“就在十多年前,在同一個句子中使用‘精度’和‘宇宙學’是不可能的,宇宙的大小和年齡的已知精度不超過兩倍,”加利福尼亞州帕薩迪納市卡內基科學研究所天文臺的溫迪·弗裡德曼在一份宣告中說。“現在我們談論的是百分之幾的精度。這真是非同尋常。” [<7 個關於宇宙的驚人事實>]

新的測量不僅告訴科學家宇宙膨脹的速度有多快,而且有助於揭示這種膨脹加速的奧秘。暗能量是用來描述導致宇宙膨脹加速的任何事物的名稱。然而,科學家們對它是什麼知之甚少。

透過將新的哈勃常數值與 NASA 威爾金森微波各向異性探測器 (WMAP) 對宇宙的觀測相結合,科學家們能夠獨立計算出暗能量的強度,暗能量正在與引力作鬥爭,將宇宙向外拉。

“這是一個巨大的謎題,”弗裡德曼說。“令人興奮的是,我們能夠利用斯皮策來解決宇宙學中的基本問題:宇宙當前精確的膨脹速度,以及從另一個角度測量宇宙中暗能量的量。”

斯皮策在人眼不可見的長波紅外光中窺視宇宙,這使得它能夠穿透遮蔽塵埃,觀測遙遠的宇宙。該望遠鏡專注於被稱為造父變星的變星,它們是可靠的距離指標,因為它們的內在亮度可以根據其脈動光來計算。如果它們的內在亮度已知,那麼就可以透過比較它們的視亮度來估計它們的距離,因為恆星離得越遠,它們的光就越暗。

“這些脈動星是天文學家所說的宇宙距離階梯中至關重要的梯級:一組已知距離的物體,當與物體遠離我們的速度結合時,揭示了宇宙的膨脹率,”位於華盛頓 NASA 總部的斯皮策專案科學家格倫·瓦爾格倫說。

斯皮策觀測了 90 顆造父變星,並且能夠比之前的研究更精確地測量它們的視亮度,從而更精確地測量它們的距離和空間的膨脹率。

斯皮策望遠鏡於 2003 年 8 月發射,並於 2009 年 5 月耗盡了用於冷卻其儀器的低溫冷卻劑。如果沒有冷卻劑,該天文臺就無法在最初設計的所有波長中進行觀測。然而,從那時起,斯皮策一直在執行第二次“溫暖”任務,事實證明這也富有成效。

新的發現發表在《天體物理學雜誌》上的一篇論文中。

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Clara Moskowitz is a senior editor at 大眾科學, where she covers astronomy, space, physics and mathematics. She has been at 大眾科學 for a decade; previously she worked at Space.com. Moskowitz has reported live from rocket launches, space shuttle liftoffs and landings, suborbital spaceflight training, mountaintop observatories, and more. She has a bachelor's degree in astronomy and physics from Wesleyan University and a graduate degree in science communication from the University of California, Santa Cruz.

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