克莱姆森大学(Clemson University)的一组天体物理学家运用最先进的技术和方法，增加了一种新的方法来量化宇宙最基本的定律之一。
在周五发表的一篇论文,11月8日在《天体物理学杂志》上,克莱姆森Marco Ajello科学家阿布德赛,Lea Marcotulli和迪特尔•哈特曼和其他六个世界各地的科学家合作,设计一种新的哈勃常数的测量,使用的计量单位来描述宇宙的膨胀率。
“宇宙学是关于理解我们的宇宙的进化——它过去是如何进化的，它现在在做什么，将来会发生什么，”阿杰罗说，他是科学学院物理和天文系的副教授。“我们的知识依赖于一些参数——包括哈勃常数——我们努力尽可能精确地测量这些参数。在这篇论文中，我们的团队分析了从轨道望远镜和地面望远镜获得的数据，得出了迄今为止关于宇宙膨胀速度的最新测量数据。”
膨胀宇宙的概念是由美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble, 1889-1953)提出的，他与哈勃太空望远镜同名。在20世纪早期，哈勃成为第一批推断宇宙是由多个星系组成的天文学家之一。他后来的研究导致了他最著名的发现:星系之间的相互远离速度与它们之间的距离成正比。
哈勃最初估计的膨胀速度是每秒500公里每百万秒，百万秒相当于326万光年。哈勃得出的结论是，距离我们星系2百万秒差距的星系后退速度是距离我们星系1百万秒差距的星系后退速度的两倍。这一估计被称为哈勃常数，它首次证明了宇宙在膨胀。自那以后，天文学家们一直在重新校准它——结果喜忧参半。
在飞速发展的技术的帮助下，天文学家们得出了与哈勃最初的计算结果截然不同的测量结果——将膨胀速度降低到每百万秒50至100公里每秒。在过去的十年里，超精密的仪器，如普朗克卫星，以一种相对激动人心的方式提高了哈勃最初测量的精度。
在一篇题为“一个新的哈勃常数的测量和物质宇宙的内容使用银河系外的背景Light-Gamma射线衰减,”相比,协作团队最新的伽马射线衰减费米伽马射线太空望远镜的数据和大气切伦科夫成像望远镜设计从银河系外的背景光的估计模型。这一新奇的方法使测量速度达到了每百万秒约67.5公里。
伽玛射线是光中能量最大的一种。银河系外背景光(EBL)是一种宇宙雾，由恒星或其附近的尘埃发出的所有紫外线、可见光和红外光组成。当伽马射线和EBL相互作用时，它们会留下可观察到的印记——流动的逐渐消失——科学家们能够通过分析形成他们的假设。
克莱姆森的科学家进一步完善了宇宙膨胀的速度
物理学和天文学教授Dieter Hartmann说:“天文学界投入了大量的资金和资源，用各种不同的参数进行精确的宇宙学研究，包括哈勃常数。”“我们对这些基本常数的理解定义了我们现在所知道的宇宙。当我们对规律的理解变得更精确时，我们对宇宙的定义也会变得更精确，这将带来新的见解和发现。”
宇宙膨胀的一个常见类比是气球上星点，每个点代表一个星系。当气球被吹大时，这些斑点就越来越远。
“一些理论认为，气球会膨胀到一个特定的时间点，然后再次坍缩，”德赛说，他是物理和天文系的研究生研究助理。“但最普遍的看法是，宇宙将继续膨胀，直到一切都变得如此遥远，再也看不到任何可观测到的光。”在这一点上，宇宙将遭受寒冷的死亡。但这没什么好担心的。如果发生这种情况，那将是数万亿年后的事了。”
但是如果气球的类比是正确的，那到底是什么，是什么在吹气球?
“物质——恒星，行星，甚至我们——只是宇宙整体组成的一小部分，”Ajello解释道。“宇宙的大部分是由暗能量和暗物质组成的。我们认为是暗能量在“吹大气球”。“暗能量将物体相互推开。引力是物体相互吸引的力量，在局部水平上是更强的力量，这就是为什么一些星系会继续碰撞。但在宇宙距离中，暗能量是主导力量。”
其他的主要作者是来自马德里孔普卢腾斯大学的Alberto Dominguez;哥本哈根大学的Radek Wojtak;华盛顿海军研究实验室的贾斯汀·芬克;冰岛大学的Kari Helgason;安达卢西亚天体物理学研究所的弗朗西斯科·普拉达;Vaidehi Paliya是克莱姆森大学Ajello团队的前博士后研究员，现在在德国佐滕的Deutsches Elektronen-Synchrotron工作。
“我们用伽马射线来研究宇宙学，这是很了不起的。我们的技术允许我们使用一种独立的策略——一种独立于现有方法的新方法——来测量宇宙的关键属性。“我们的研究结果表明，高能天体物理学这一相对较新的领域在过去十年中已经趋于成熟。我们开发的分析为将来使用切伦科夫望远镜阵列进行更好的测量铺平了道路，切伦科夫望远镜阵列仍在开发中，将是有史以来最雄心勃勃的地面高能望远镜阵列。”
当前论文中使用的许多相同技术与Ajello和他的同行以前的工作相关。在之前发表在《科学》杂志上的一项研究中，阿杰罗和他的团队测量了宇宙历史上发出的所有星光。
“我们所知道的是，来自银河系外的伽马射线光子在宇宙中向地球传播，在地球上，它们可以通过与来自星光的光子相互作用而被吸收，”Ajello说。“相互作用的速度取决于它们在宇宙中传播的长度。它们运动的长度取决于膨胀。如果膨胀率低，它们会移动一小段距离。如果膨胀很大，它们会移动很长的距离。所以我们测量的吸收量很大程度上取决于哈勃常数的值。我们所做的就是把它反过来，用它来限制宇宙的膨胀率。”
