詹姆斯·韦伯的新数据表明宇宙学危机持续存在

宇宙学发生了一些非常奇怪的事情。在过去的几十年里,一个大问题在该领域引发了一场危机:宇宙膨胀的速度有多快?我们知道宇宙自大爆炸以来一直在膨胀,但这种膨胀的确切速度仍然不确定。问题在于,根据衡量的因素不同,扩张速度似乎有所不同,但没有人知道其中的原因。

最近,使用詹姆斯·韦伯太空望远镜进行的新研究表明,这个问题不会很快消失。韦伯利用哈勃太空望远镜的数据改进了之前对膨胀率的测量,但明显的不一致仍然存在。

宇宙膨胀的速率被称为哈勃常数,有两种主要的测量方法。第一种方法是观察遥远的星系,并通过观察具有可预测亮度水平的特定类型恒星来计算出它们的距离。这可以告诉您光线从该星系传播了多长时间。然后研究人员观察该星系的红移,这表明在此期间发生了多少膨胀。这是哈勃和韦伯等太空望远镜使用的测量哈勃常数的方法。

另一种方法是观察大爆炸的剩余辐射,称为宇宙微波背景。通过观察这种能量及其在整个宇宙中的变化,研究人员可以对产生它的条件进行建模。这可以让你看到宇宙如何随着时间的推移而膨胀。

问题是,这两种方法对哈勃常数的最终数字不一致。随着测量技术变得越来越准确,这种差异并不会消失。

NASA 的 NIRCam(近红外相机)和哈勃的 WFC3(广角相机 3)的综合观测结果显示,螺旋星系 NGC 5584 距离地球 7200 万光年。 NGC 5584 的发光恒星中有称为造父变星的脉动恒星和 Ia 型超新星(一类特殊的爆炸恒星)。天文学家使用造父变星和 Ia 型超新星作为可靠的距离标记来测量宇宙的膨胀率。
NASA 的 NIRCam(近红外相机)和哈勃的 WFC3(广角相机 3)的综合观测结果显示,螺旋星系 NGC 5584 距离地球 7200 万光年。 NGC 5584 的发光恒星中有称为造父变星的脉动恒星和 Ia 型超新星(一类特殊的爆炸恒星)。天文学家使用造父变星和 Ia 型超新星作为可靠的距离标记来测量宇宙的膨胀率。图片:NASA、ESA、CSA、Adam G. Riess(JHU、STScI);图像处理:Alyssa Pagan (STScI)

最近的研究使用韦伯来研究用于计算距离的特定恒星,称为造父变星。研究人员观察了 NGC 5584 星系,看看哈勃对这些恒星的测量是否真的准确——如果不准确,那就可以解释哈勃常数估计值的差异。

研究人员进行了哈勃先前对恒星的测量,并将韦伯指向相同的恒星,看看数据是否存在重要差异。哈勃望远镜的设计主要是在可见光波长范围内观察,但由于灰尘的存在,必须在近红外波段观察恒星,因此人们认为,也许哈勃的红外视觉不够清晰,无法看到恒星准确。

然而,这种解释并非如此。韦伯在红外线下运行,观察了 300 多个造父变星,研究人员发现哈勃测量结果是正确的。他们甚至可以更准确地定位这些恒星发出的光。

据我们所知,哈勃常数的差异仍然存在,并且仍然引起问题。从暗物质理论到引力理论的缺陷,有各种各样的理论可以解释为什么会出现这种情况。目前,这个问题仍然悬而未决。

该研究已被《天体物理学杂志》接受发表


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