美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡(Hubble Space Telescope)的最新測(cè)量結(jié)果證實(shí)：根據(jù)宇宙大爆炸后不久觀測(cè)到的宇宙軌道，宇宙正在以比預(yù)期快9%的速度膨脹。2019年4月25日發(fā)表在《天體物理學(xué)快報(bào)》(Astrophysical Journal Letters)上的新測(cè)量結(jié)果，將這種差異是意外事件的幾率從3000分之一降低到了10萬分之一，并表明可能需要新的物理學(xué)來更好地理解宇宙。這種不匹配一直在增長(zhǎng)，現(xiàn)在已經(jīng)到了一個(gè)確實(shí)不可能作為僥幸而被忽視的地步。

約翰霍普金斯大學(xué)(Johns Hopkins University)彭博社(Bloomberg)物理學(xué)和天文學(xué)杰出教授、諾貝爾獎(jiǎng)得主、該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人亞當(dāng)•里斯(Adam Riess)表示：這不是我們預(yù)期的。在這項(xiàng)研究中，Riess和SH0ES(超新星，H0，狀態(tài)方程)團(tuán)隊(duì)分析了鄰近星系大麥哲倫云中70顆恒星的光，使用了一種新方法，可以快速捕捉這些恒星的圖像，這些恒星被稱為造父變星(Cepheid variables)，以可預(yù)測(cè)的速度變亮或變暗，用來測(cè)量附近星系間的距離。通常測(cè)量恒星的方法非常耗時(shí)，哈勃望遠(yuǎn)鏡每90分鐘繞地球一周只能觀測(cè)一顆恒星。

地面望遠(yuǎn)鏡拍攝的大麥哲倫星云，這是我們銀河系的一個(gè)衛(wèi)星星系；這張由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的插圖圖像顯示了散布在矮星系中眾多星團(tuán)之一。圖片：NASA, ESA, Adam Riess, and Palomar Digitized Sky Survey

研究人員使用新方法DASH(漂移和位移)，將哈勃望遠(yuǎn)鏡作為一個(gè)“傻瓜相機(jī)”來觀察成組的造父變星，從而使研究小組能夠在正常情況下只觀察一個(gè)造父變星所需的時(shí)間內(nèi)觀察十多個(gè)造父變星。有了這些新數(shù)據(jù)，里斯和團(tuán)隊(duì)能夠加強(qiáng)宇宙距離階梯的基礎(chǔ)，這個(gè)階梯用來確定宇宙內(nèi)部的距離，并計(jì)算哈勃常數(shù)，一個(gè)宇宙隨時(shí)間膨脹速度的值。該團(tuán)隊(duì)將哈勃測(cè)量數(shù)據(jù)與阿勞卡利亞項(xiàng)目(Araucaria Project)的另一組觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合起來和歐洲。這組科學(xué)家通過觀察一顆恒星經(jīng)過它的伙伴時(shí)，光線變暗來測(cè)量大麥哲倫星云的距離。

這些綜合測(cè)量數(shù)據(jù)幫助SH0ES團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了造父變星的真實(shí)亮度。有了這個(gè)更精確結(jié)果，研究小組就可以“擰緊”其他“距離階梯”上的“螺栓”。“距離階梯”利用一種叫做超新星的爆炸恒星向太空深處延伸。隨著研究小組的測(cè)量變得更加精確，對(duì)哈勃常數(shù)的計(jì)算仍然與歐洲航天局(European Space Agency)普朗克(Planck)衛(wèi)星對(duì)早期宇宙膨脹觀測(cè)得出的預(yù)期值不一致。普朗克衛(wèi)星是根據(jù)宇宙大爆炸38萬年后觀測(cè)到的條件得出。

這幅圖顯示了天文學(xué)家用來計(jì)算宇宙隨時(shí)間膨脹速度的三個(gè)基本步驟，這個(gè)值叫做哈勃常數(shù)。所有步驟都包括建立一個(gè)強(qiáng)大的“宇宙距離階梯”，從測(cè)量到附近星系的精確距離開始，然后移動(dòng)到越來越遠(yuǎn)的星系。這個(gè)“梯子”是一系列不同種類的天體的測(cè)量數(shù)據(jù)，具有固有的亮度，研究人員可以用它來計(jì)算距離。圖片：NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

這不僅僅是兩個(gè)實(shí)驗(yàn)不一致，我們正在衡量一些根本不同的東西。一個(gè)是測(cè)量我們今天所看到的宇宙膨脹速度。另一種是基于早期宇宙物理學(xué)和測(cè)量宇宙膨脹速度的預(yù)測(cè)。如果這些數(shù)值不一致，很有可能在連接兩個(gè)時(shí)代的宇宙學(xué)模型中遺漏了一些東西。雖然里斯無法確切解釋為什么會(huì)存在這種差異，但他和SH0ES團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)微調(diào)哈勃常數(shù)，目標(biāo)是將不確定性降低到1%。這些最新的測(cè)量結(jié)果使膨脹率不確定度從2001年的10%下降到2009年的5%，現(xiàn)在在本研究中為1.9%。

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