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宇宙膨胀得太快, 科学家们仍然无法解释

发布日期:2026-04-28 23:19    点击次数:156

艺术家对宇宙距离阶梯的解读——一系列重叠的方法,用于测量宇宙中的距离,梯子的每个阶梯都提供了可用于确定更高阶级距离的信息。方法包括观测脉动的造父变星、已知亮度的红巨星、Ia型超新星以及某些类型的星系。在这个图中,距离阶梯从彗发星系团开始,这是离我们最近的极富银河系团。彗发星团的距离可以通过观测星团内的Ia型超新星直接测量。Ia型超新星具有可预测的亮度,使其成为距离计算的可靠天体。图片来源:CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA/J. Pollard 图像处理:D. de Martin 和 M. Zamani(NSF NOIRLab)

国际天文学团队最新测量结果加剧宇宙膨胀速率之谜

一份来自国际天文学团队的研究报告提供了迄今为止对附近宇宙膨胀速度最清晰的测量结果。然而,这份新结果非但没有解决长期存在的争议,反而让这个问题更加难以忽视。该合作团队包括美国国家科学基金会NOIRLab的约翰·布莱克斯利,并整合了来自多个NOIRLab望远镜的数据。

科学家们长期以来依赖两种主要策略来确定宇宙的膨胀速率。一种方法侧重于附近的宇宙空间,通过测量恒星和星系的距离来计算万物的膨胀速度。另一种方法则将目光投向更遥远的过去,利用宇宙微波背景辐射来估算基于标准宇宙学模型的当前膨胀速率。

理论上,这两种方法应该产生相同的结果。但实际上并非如此。对附近宇宙的观测始终指向大约73公里/秒/百万秒差距的更快膨胀速率。而基于早期宇宙的计算则表明,膨胀速率较慢,约为67或68公里/秒/百万秒差距。尽管绝对值上的差距很小,但已经不能简单归结为统计误差。这种不匹配被称为“哈勃张力”,并且在多个独立研究中反复出现。

统一方法带来新的精度

为了提高准确性,研究人员将数十年的观测数据整合到一个协调的框架中。这项由哈勃常数距离网络(H0DN)合作组织领导的工作,产生了迄今为止对局部膨胀速率最精确的直接测量结果。他们的研究成果于4月10日发表在《天体物理学杂志》上,将哈勃常数确定为73.50 ± 0.81公里/秒/百万秒差距,精度略好于1%。

这项研究“局部距离网络:关于以约1%精度测量哈勃常数的一致报告”,源于在瑞士伯尔尼国际空间科学研究所(ISSI)举办的“哈勃常数下隐藏着什么?”突破研讨会中启动的大规模合作努力。

合作团队指出:“这不仅仅是一个新的哈勃常数值,更是一个由社区构建的框架,透明且易于获取地整合了数十年来独立的距离测量结果。”

地面和空间观测台的数据

美国国家科学基金会NOIRLab贡献了科学专业知识和关键观测数据。约翰·布莱克斯利作为NOIRLab研究与科学服务主任参与了合作。分析使用了来自智利NSF塞罗托洛美洲天文台(CTIO)和亚利桑那州NSF基特峰国家天文台(KPNO)的数据,这两个都是NSF NOIRLab的组成部分。这些观测数据与其他地面和空间设施的数据相结合,从而加强了整体研究结果。

团队没有依赖单一技术,而是构建了一个他们称之为“距离网络”的系统。该系统连接了用于测量宇宙距离的几种重叠方法,包括有规律地变亮和变暗的造父变星、亮度已知的红巨星、Ia型超新星以及某些类型的星系。

这种分层方法允许研究人员通过多种方式交叉验证结果。如果其中一种方法存在缺陷,将其从分析中移除将改变最终结果。但事实并非如此。即使排除个别技术,总体结果也几乎没有改变。跨方法的这种一致性增强了对测量膨胀速率的信心。

作者总结道:“这项工作有效地排除了依赖于局部距离测量中单个被忽视的误差来解释哈勃张力的可能性。如果这种张力是真实的,正如越来越多的证据表明的那样,它可能指向标准宇宙学模型之外的新物理学。”

哈勃张力可能意味着什么

其影响超出了测量技术本身。从早期宇宙推导出的较慢膨胀速率依赖于标准宇宙学模型,该模型描述了自大爆炸以来宇宙的演化。如果该模型缺少某些内容,例如关于暗能量的细节、未知的粒子或引力变化,那么它对今天膨胀速率的预测可能是不准确的。

在这种情况下,哈勃张力可能预示着一个更深层次的问题,而不仅仅是一个简单的测量问题。它可能表明科学家需要修正他们对宇宙运作方式的理解。

展望未来:未来的观测

新开发的距离网络也为未来的研究提供了一个框架。通过公开其方法和数据,该团队创建了一个可以随着新的观测数据的出现而不断完善的系统。预计即将问世的观测台将提供更精确的测量结果,这可能有助于确定最终是否能够解决这种差异,或者它是否会继续指向新的物理学。

更多信息

这项研究发表在题为“局部距离网络:关于以约1%精度测量哈勃常数的一致报告”的论文中,该论文已发表在《天体物理学杂志》上。

勇编撰自论文"The Local Distance Network: A community consensus report on the measurement of the Hubble constant at ∼1% precision".Astronomy.2026相关信息,文中配图若未特别标注出处,均来源于自绘或公开图库。



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