哈勃常数有什么问题?

超自然现象探索官 2023-12-05 08:25:28

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哈勃定律可以确定到遥远星系的距离,知道它们远离我们的速度和哈勃常数,这表明星系远离我们的速度取决于到它们的距离。有多种方法可以确定哈勃常数的值,它们都给出接近但不相同的值。最近,物理学家试图通过研究宇宙微波背景辐射来测量哈勃常数,但这让科学家们走进了死胡同。为什么会发生这种情况?让我们一起来想办法吧。

哈勃定律

大家都知道,宇宙不是静态的,它总是在膨胀,甚至加速膨胀。目前我们还不知道膨胀的确切机制,但这种加速是由于未知的“暗能量”造成的。正因为如此,所有星系都在相互远离,而且距离越远,远离的速度就越快。20世纪初,埃德温·哈勃首次详细描述并阐述了星系退缩定律。

哈勃定律,其中 H 是哈勃常数

哈勃定律的表述如下:到星系的距离和它们后退的速度之间存在线性关系;宇宙物体距离观察者越远,它后退的速度越快。

如何测量哈勃常数?

为了测量哈勃常数,我们需要知道两个精确的参数:星系远离我们的速度和我们之间的距离。退行的速度可以通过物体的红移来衡量:当一个物体快速远离我们时,它发出的电磁波被拉伸,即波长增加,物体“变红”,物体变红与其速度成正比。

我们主要使用视差方法来测量距我们相当近的恒星的距离,但如果该物体位于银河系边界之外怎么办?在这里,视差法就无能为力了,所以科学家们首先寻找遥远星系中的红巨星,它们的绝对星等大致相同,在它们的帮助下,它们可以用来相当准确地测量距离。

该距离也可以使用造父变星来测量。造父变星是变星,它们的脉动周期与其亮度成正比。因此,找到它们的脉动周期后,我们就能找到绝对星等,一旦找到了它,我们就能找到到它们的距离。

长期以来,科学家们一直用这种方法测量哈勃常数。它等于 74 ± 1.4 km/s/Mpc。也就是说,距离 1 兆秒差距处的物体的移除速度为 74 公里/秒。

哈勃常数问题

科学家最近利用宇宙微波背景辐射研究确定了哈勃常数。令人惊讶的是,该值与我们之前使用其他方法获得的值非常不同。根据这项研究,哈勃值为 67.4 ± 0.5 km/s/Mpc。

与上述确定哈勃常数的方法不同,普朗克太空望远镜的估计依赖于测量宇宙微波背景的特征,并使用称为 Lambda-CDM 的标准宇宙学模型来预测其演化。这是一个现代宇宙学模型,详细解释了宇宙的加速膨胀、化学元素的分布、宇宙的大尺度结构等等。

这两种方法都可以相当准确地估计哈勃常数的值。因此,研究结果差异如此之大的原因有两种假设。要么是科学家在测量星系距离时没有考虑到某些参数,要么是问题出在 Lambda-CDM 模型本身(不太可能)。

科学家们提出了许多修改模型的方案,但到目前为止它们都有缺点。有些可以减轻压力,但会使模型对其他数据的预测变得更糟。因此,科学家目前正在积累更多的数据来解决这个问题。

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