宇宙膨胀速度测量达到前所未有的精度

最新的测量结果来自NASA斯皮策太空望远镜,得益于对遥远变星的红外观测

宇宙刚刚收到一张新的超速罚单。

有史以来对宇宙膨胀速度最精确的测量结果出炉了,这要归功于NASA的斯皮策太空望远镜,而且结果令人震惊。空间本身正在解体,以每秒每百万秒差距 74.3 ± 2.1 公里(每秒每百万秒差距 46.2 ± 1.3 英里)的速度膨胀(一百万秒差距大约是 300 万光年)。

如果这些数字有点难以理解,请放心,这真的非常非常快。而且它一直在加速。


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美国天文学家埃德温·P·哈勃在 20 世纪 20 年代首次发现我们的宇宙不是静态的。事实上,哈勃发现,自 137 亿年前的宇宙大爆炸开始以来,空间一直在膨胀。然后在 20 世纪 90 年代,天文学家再次震惊世界,他们揭示这种膨胀正在加速(这一发现为发现者赢得了2011 年诺贝尔物理学奖)。

自从哈勃最初的发现以来,科学家们一直在努力改进他们对宇宙膨胀率的测量,这被称为哈勃常数。这是一个很难进行的测量。

新的数值将哈勃常数的不确定性降低到仅 3%,并将测量精度比之前哈勃太空望远镜的估计提高了三倍。

“就在十多年前,在同一个句子中使用‘精度’和‘宇宙学’是不可能的,宇宙的大小和年龄的已知精度不超过两倍,”加利福尼亚州帕萨迪纳市卡内基科学研究所天文台的温迪·弗里德曼在一份声明中说。“现在我们谈论的是百分之几的精度。这真是非同寻常。” [<7 个关于宇宙的惊人事实>]

新的测量不仅告诉科学家宇宙膨胀的速度有多快,而且有助于揭示这种膨胀加速的奥秘。暗能量是用来描述导致宇宙膨胀加速的任何事物的名称。然而,科学家们对它是什么知之甚少。

通过将新的哈勃常数值与 NASA 威尔金森微波各向异性探测器 (WMAP) 对宇宙的观测相结合,科学家们能够独立计算出暗能量的强度,暗能量正在与引力作斗争,将宇宙向外拉。

“这是一个巨大的谜题,”弗里德曼说。“令人兴奋的是,我们能够利用斯皮策来解决宇宙学中的基本问题:宇宙当前精确的膨胀速度,以及从另一个角度测量宇宙中暗能量的量。”

斯皮策在人眼不可见的长波红外光中窥视宇宙,这使得它能够穿透遮蔽尘埃,观测遥远的宇宙。该望远镜专注于被称为造父变星的变星,它们是可靠的距离指标,因为它们的内在亮度可以根据其脉动光来计算。如果它们的内在亮度已知,那么就可以通过比较它们的视亮度来估计它们的距离,因为恒星离得越远,它们的光就越暗。

“这些脉动星是天文学家所说的宇宙距离阶梯中至关重要的梯级:一组已知距离的物体,当与物体远离我们的速度结合时,揭示了宇宙的膨胀率,”位于华盛顿 NASA 总部的斯皮策项目科学家格伦·瓦尔格伦说。

斯皮策观测了 90 颗造父变星,并且能够比之前的研究更精确地测量它们的视亮度,从而更精确地测量它们的距离和空间的膨胀率。

斯皮策望远镜于 2003 年 8 月发射,并于 2009 年 5 月耗尽了用于冷却其仪器的低温冷却剂。如果没有冷却剂,该天文台就无法在最初设计的所有波长中进行观测。然而,从那时起,斯皮策一直在执行第二次“温暖”任务,事实证明这也富有成效。

新的发现发表在《天体物理学杂志》上的一篇论文中。

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Clara Moskowitz is a senior editor at 大众科学, where she covers astronomy, space, physics and mathematics. She has been at 大众科学 for a decade; previously she worked at Space.com. Moskowitz has reported live from rocket launches, space shuttle liftoffs and landings, suborbital spaceflight training, mountaintop observatories, and more. She has a bachelor's degree in astronomy and physics from Wesleyan University and a graduate degree in science communication from the University of California, Santa Cruz.

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