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欧美新研究:宇宙不但持续膨胀 而且速度远超预期

天文学家借助哈伯太空望远镜(HST)最新发现,宇宙的膨胀速度可能比预期快出5%至9%,各天体间距离每98亿年增加一倍。如果这一发现获得证实,那么说明爱因斯坦(Albert Einstein)的重力理论“广义相对论”(general relativity)并不完整,从而挑战现代宇宙学的理论基础。

领导研究的是美国太空望远镜科学研究所(STSCI)与约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的天体物理学家里斯(Adam Riess),他曾因宇宙加速膨胀的发现而与荣获2011年诺贝尔物理学奖。里斯指出这是“令人惊讶的发现”,将为理解宇宙95%的不发光部分提供重要线索,包括暗能量(dark energy)、暗物质(dark matter)和暗辐射(dark radiation)。

在这项研究中,里斯等人对约2400颗造父变星(Cepheid variable)和约300颗Ia型超新星(Type Ia supernovae)的运动进行了测算。研究论文发表在美国《天体物理学期刊》(Astrophysical Journal)。

有“量天尺”之称的造父变星是亮度会发生周期性变化的一类恒星,因而可用于测量星系等的距离。Ia型超新星则是一类爆发的恒星,其亮度基本恒定,所以在天文学上也被当作“标准烛光”(standard candles),用于计算遥远星系的距离。

哈伯常数的观测与计算(NASA)

根据这些测量结果,研究人员计算出目前的宇宙膨胀速度,即所谓哈伯常数(Hubble Constant),约为73.2公里/(秒·百万秒差距)。每百万秒差距相当于326万光年,因此一个星系与地球的距离每增加百万秒差距,其远离地球的速度每秒就增加73.2公里。最新数值意味着,宇宙各天体之间的距离每98亿年就会增加一倍。

但问题在于,最新的哈伯常数与其他研究得出的数值不吻合,美国航太总署(NASA)“威尔金森微波各向异性探测器”(WMAP)和欧洲太空总署(ESA)“普朗克”(Planck)卫星的测算数值,分别比这一新数值小5%和9%。

研究人员对此提出了三种可能性:第一,暗能量推动星系相互分离的力度可能超过此前的认识;第二,早期宇宙包含未知的速度接近光速、类似微中子(neutrino)的次原子粒子,形成的暗辐射驱动宇宙加速膨胀;第三,暗物质拥有一些奇异的未知特性。

现有科学理论认为,诸如恒星等通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的5%,剩下的是占25%的暗物质和占70%的暗能量。研究人员认为,最新发现将促使科学家重新思考对宇宙的认识,尤其是与暗物质和暗能量相关的概念,这也可能意味着爱因斯坦已提出100年的广义相对论“不完整”。

阿波罗网责任编辑:于飞

来源:风传媒

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