科学探索|研究发现宇宙的膨胀速度比模型预测的要快研究发现宇宙的膨胀速度比模

哈勃太空望远镜的最新测量结果表明，宇宙的膨胀速度比科学家的模型预测的要快--这暗示着一些未知的成分可能在宇宙中起作用。这是现代天文学中最大的难题之一。根据对恒星和星系的多种观察，宇宙似乎比我们最好的宇宙模型预测的速度要快。

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对于这个难题的证据已经积累了多年，这使得一些研究人员称其是在宇宙学中一场迫在眉睫的危机。
现在，一组使用哈勃太空望远镜的研究人员已经汇编了一个巨大的新数据集，他们发现了百万分之一的概率，即这种差异是一种统计上的侥幸。换言之，现在看起来更有可能的是，宇宙中有一些基本的成分或是已知成分的一些意想不到的效果，不过天文学家对此还没有确定下来。
约翰-霍普金斯大学的天文学家Adam Riess指出：“宇宙似乎给我们带来了很多惊喜，这是件好事，因为它帮助我们学习。”
据了解，这个天文领域的难题被称为哈勃张力，以天文学家Edwin Hubble命名。1929年，他观察到一个星系离我们越远其后退速度就变得越快--这一观察有助于为我们目前关于宇宙从大爆炸开始并不断膨胀的概念铺平道路。
研究人员试图通过两种主要方式来测量宇宙目前的膨胀速度：通过测量跟附近恒星的距离及通过绘制可追溯到新生宇宙的微弱光辉。这些双重方法提供了一种测试我们在超130亿年宇宙历史中对宇宙的理解的方法。这项研究还发现了一些关键的宇宙成分，如“暗能量”，这种神秘的力量被认为是推动宇宙加速膨胀的动力。
但这两种方法在宇宙目前的膨胀率上有约8%的分歧。这一差异可能听起来不大，但如果这一差异是真实的，那么就意味着宇宙现在的膨胀速度甚至超过了暗能量所能解释的速度--这意味着我们人类对宇宙的核算出现了一些问题。
研究人员在上周提交给《The Astrophysical Journal》的几项研究中描述了他们的发现，他们使用特定类型的恒星和恒星爆炸来测量我们和附近星系之间的距离。该数据集包括对42种不同的恒星爆炸的观测，这比同类的下一个最大分析高出一倍多。根据该团队的工作，他们的新分析和早期宇宙的测量结果之间的张力已经达到了五西格玛。
不过其他天文学家仍看到数据中可能存在的误差空间，这意味着哈勃张力仍有可能只是一个伪命题。
团队成员、杜克大学的天文学家Dan Scolnic表示：“我不知道这么大的误差是如何隐藏在这一点上的，如果是这样的话，这只是没有人提出的东西。我们已经检查了所有向我们提出的想法，没有任何东西能做到这一点。”
宇宙微波和距离阶梯
哈勃张力来自于测量或预测宇宙目前的膨胀率的尝试，这被称为哈勃常数。通过利用它，天文学家可以估计宇宙自大爆炸以来的年龄。
获得哈勃常数的一种方法是依靠宇宙微波背景(CMB)，这是宇宙刚诞生38万年时形成的微弱光芒。ESA普朗克天文台等望远镜已经测量了CMB并提供了早期宇宙中物质和能量如何分布的详细快照及支配它们的物理学。
通过利用一个曾成功预测宇宙许多特性的模型--兰姆达冷暗物质模型，宇宙学家可以从数学上将CMB中看到的新生宇宙快进并预测今天的哈勃常数应该是什么。这种方法预测宇宙应该以67.36公里/秒/百万秒差距的速度膨胀。
相比之下，其他团队通过观察“本地”宇宙--离我们比较近的现代恒星和星系来测量哈勃常数。这个版本的计算需要两种数据：一个星系从我们身边退去的速度以及该星系跟我们之间的距离。这反过来又要求天文学家开发出所谓的宇宙距离阶梯。