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欧美新研究:宇宙不但持续膨胀,而且速度超出预期


2016/6/6 13:44:15 编辑:admin 来源:本站整理 
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天文学家借助哈伯太空望远镜(HST)最新发现, 宇宙的膨胀速度可能比预期快出5%至9%, 各天体间距离每98亿年增加一倍。 如果这一发现获得证实, 那么说明爱因斯坦(Albert Einstein)的重力理论「广义相对论」(general relativity)并不完整, 从而挑战现代宇宙学的理论基础。

 

领导研究的是美国太空望远镜科学研究所(STSCI)与约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的天体物理学家里斯(Adam Riess), 他曾因宇宙加速膨胀的发现而与荣获2011年诺贝尔物理学奖。 里斯指出这是「令人惊讶的发现」, 将为理解宇宙95%的不发光部分提供重要线索, 包括暗能量(dark energy)、暗物质(dark matter)和暗辐射(dark radiation)。

在这项研究中, 里斯等人对约2400颗造父变星(Cepheid variable)和约300颗Ia型超新星(Type Ia supernovae)的运动进行了测算。 研究论文发表在美国《天体物理学期刊》(Astrophysical Journal)。

有「量天尺」之称的造父变星是亮度会发生周期性变化的一类恒星, 因而可用于测量星系等的距离。 Ia型超新星则是一类爆发的恒星, 其亮度基本恒定, 所以在天文学上也被当作「标准烛光」(standard candles), 用于计算遥远星系的距离。
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哈伯常数的观测与计算(NASA)

根据这些测量结果, 研究人员计算出目前的宇宙膨胀速度, 即所谓哈伯常数(Hubble Constant), 约为73.2公里/(秒‧百万秒差距)。 每百万秒差距相当于326万光年, 因此一个星系与地球的距离每增加百万秒差距, 其远离地球的速度每秒就增加73.2公里。 最新数值意味着, 宇宙各天体之间的距离每98亿年就会增加一倍。
 

但问题在于, 最新的哈伯常数与其他研究得出的数值不吻合, 美国航太总署(NASA)「威尔金森微波各向异性探测器」(WMAP)和欧洲太空总署(ESA)「普朗克」(Planck)卫星的测算数值, 分别比这一新数值小5%和9%。

研究人员对此提出了三种可能性:第一, 暗能量推动星系相互分离的力度可能超过此前的认识;第二, 早期宇宙包含未知的速度接近光速、类似微中子(neutrino)的次原子粒子, 形成的暗辐射驱动宇宙加速膨胀;第三, 暗物质拥有一些奇异的未知特性。

现有科学理论认为, 诸如恒星等通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的5%, 剩下的是占25%的暗物质和占70%的暗能量。 研究人员认为, 最新发现将促使科学家重新思考对宇宙的认识, 尤其是与暗物质和暗能量相关的概念, 这也可能意味着爱因斯坦已提出100年的广义相对论「不完整」。

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