自上世紀 20 年代以來(lái)，美國天文學(xué)家哈德溫·哈勃的觀(guān)測讓科學(xué)家知道，宇宙在不斷膨脹。那么，宇宙的膨脹速度有多快——也即所謂的哈勃常數有多大呢?

　　哈勃常數是宇宙參數，在各種各樣的宇宙學(xué)計算中都扮演非常重要的角色，它決定了宇宙的絕對規模、大小和年齡，是我們量化宇宙演化最直接的工具之一。此外，它也與暗物質(zhì)、暗能量的屬性有關(guān)，而后兩者，是我們目前仍未揭示的宇宙幾大謎團中的兩個(gè)。

　　100 多年來(lái)，科學(xué)家分別借助對 Ia 型超新星和宇宙微波背景(CMB)的觀(guān)測，測出了兩個(gè)哈勃常數的值，但這兩個(gè)值并不一樣，這讓科學(xué)家們很迷惑?，F在，通過(guò)對紅巨星的研究，科學(xué)家又得出了一個(gè)新的哈勃常數值，新值介于上述兩者之間，令整個(gè)事件更加撲朔迷離。

　　兩個(gè)哈勃常數不一致

　　20 世紀 20 年代，哈勃(哈勃太空望遠鏡就是以他的名字命名)等人發(fā)現，宇宙正在膨脹——因為大多數星系離銀河系越來(lái)越遠，且距離銀河系越遠的星系，后退的速度也越快。星系遠離銀河系的速度和星系與銀河系的距離之間的比率大致恒定，這一比率被稱(chēng)為哈勃常數。

　　經(jīng)過(guò)研究計算，哈勃發(fā)現，一個(gè)星系與地球的距離每增加百萬(wàn)秒差距(Mpc，約 326 萬(wàn)光年)，該星系遠離地球的速度就增加 500 公里/秒，所以那時(shí)，哈勃測出的哈勃常數值為 500 公里/秒/百萬(wàn)秒差距(km/s/Mpc)。

　　幾十年來(lái)，隨著(zhù)測量技術(shù)的不斷改進(jìn)，天文學(xué)家大幅下調了哈勃常數的估算值。20 世紀 90 年代，弗里德曼率先使用哈勃太空望遠鏡來(lái)測量哈勃常數，計算出的值約為 72 公 km/s/Mpc，誤差范圍不到 10%。此后，由約翰霍普金斯大學(xué)諾貝爾獎獲得者亞當·里斯領(lǐng)導的團隊測得了迄今最精確的值——74km/s/Mpc，誤差率僅為 1.91%。

　　測量哈勃常數的難點(diǎn)在于可靠地測量星系的距離。在上述測量方法中，研究人員主要是借助對造父變星和 Ia 型超新星的運動(dòng)進(jìn)行測算，得出了星系的距離，從而計算出了哈勃常數的數值。

　　造父變星是一類(lèi)特殊的恒星，其亮度變化周期與自身光度直接相關(guān)，因而可用于測量星系等的距離。而 Ia 型超新星則是一類(lèi)爆發(fā)的恒星，其亮度基本恒定，所以二者在天文學(xué)上均被當作“標準燭光”，用于計算遙遠星系的距離。在里斯的研究中，他們對約 2400 顆造父變星和約 300 顆 Ia 型超新星的運動(dòng)進(jìn)行了測算。

　　除了上述方法，參與歐洲航天局普朗克任務(wù)的科學(xué)家也借助對宇宙微波背景的觀(guān)測，計算出了新的哈勃常數值：67.8km/s/Mpc。

　　里斯測得的 74km/s/Mpc 比由普朗克衛星測得的 67.8km/s/Mpc 高出9%。哈勃常數的倒數與宇宙的年齡直接相關(guān)——哈勃常數數值越大，宇宙的年齡就越小。如果我們接受哈勃常數為里斯所測得的值，其比之前測得的要高出9%，那么由它推測出的將是一個(gè)年輕約 10 億年的宇宙。

　　或與暗能量有關(guān)

　　據英國《科學(xué)新聞》雜志網(wǎng)站 7 月 17 日報道，對此差異，里斯提出了一些可能的解釋。一種可能是，促使宇宙加速膨脹的暗能量可能會(huì )以更大的力或者越來(lái)越大的力把星系推離，這意味著(zhù)宇宙膨脹的加速度本身在宇宙中沒(méi)有恒定值，而是隨著(zhù)時(shí)間變化。里斯憑 1998 年發(fā)現宇宙加速膨脹與他人共享諾貝爾獎。

　　另一種可能性是，宇宙中存在一種新的亞原子粒子，其速度接近光速。這種快速粒子被統稱(chēng)為“暗輻射”，包括一種名為“惰性中微子”的粒子。與受亞原子力相互作用影響的正常中微子不同，這種新粒子只受重力影響。

　　還有一種更有吸引力的解釋認為，暗物質(zhì)與普通物質(zhì)的作用比現在我們認為的更強烈。其中任何一種情況都會(huì )改變現有的宇宙學(xué)標準模型。該模型描述了一個(gè)包含宇宙學(xué)常數Λ和暗能量、冷暗物質(zhì)(CDM)的宇宙，是目前最簡(jiǎn)單的模型，可以很好地解釋微波背景輻射的存在及其結構、大尺度結構中星系的分布、元素豐度、宇宙加速膨脹等觀(guān)測結果。

　　目前，科學(xué)家正在尋找解決辦法，希望對宇宙學(xué)標準模型進(jìn)行修改，使其能解釋哈勃常數兩個(gè)值不兼容的問(wèn)題。

　　紅巨星被選作新的“標準燭光”

　　問(wèn)題還未解決時(shí)，科學(xué)家的另一條測量路徑，讓整個(gè)事件更加撲朔迷離。

　　芝加哥大學(xué)天文學(xué)家溫迪·弗里德曼領(lǐng)導的團隊更新了哈勃測量方法中的一個(gè)關(guān)鍵要素——使用紅巨星而非造父變星作為宇宙“標準燭光”，得到了 69.8km/s/Mpc 的值。

　　科學(xué)家一直試圖找到比造父變星更好的“標準燭光”，因為造父變星往往存在于擁擠且充滿(mǎn)灰塵的區域，這可能會(huì )使對其亮度的估計發(fā)生扭曲。為此，弗里德曼和同事避開(kāi)了造父變星，使用紅巨星作為測量更遙遠星系的“標準燭光”。

　　紅巨星比造父變星更常見(jiàn)，在星系周邊區域很容易發(fā)現，在這些區域，恒星彼此隔離，灰塵不是問(wèn)題。紅巨星的亮度變化很大，但作為一個(gè)整體，一個(gè)星系內的紅巨星群擁有一個(gè)獨特而明顯的特征：這些恒星的亮度會(huì )在數百萬(wàn)年間增加，直到達到最大值，然后突然下降。當天文學(xué)家根據顏色和亮度繪制一大群恒星時(shí)，紅巨星看起來(lái)像一團擁有明顯邊緣的圓點(diǎn)，身處邊緣的恒星可以作為“標準燭光”。

　　弗里德曼團隊使用該技術(shù)計算了 18 個(gè)星系到地球的距離，并獲得了最新的哈勃常數估計值。

　　芝加哥大學(xué)的宇宙學(xué)家洛基·科爾布說(shuō)，隨著(zhù)有關(guān)紅巨星的數據不斷積累，技術(shù)的精確度將提高，紅巨星可能在不久的將來(lái)?yè)魯≡旄缸冃?，成為廣受歡迎的“標準燭光”。

　　盡管如此，里斯說(shuō)，這項紅巨星研究仍然跟星系中的塵埃數量，尤其是大麥哲倫星云中的塵埃數量有關(guān)。他說(shuō)：“塵埃很難估計，這可能也是造成這兩個(gè)哈勃常數值偏低的原因。”

　　弗里德曼在接受《自然》雜志采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)：“現在，我們正試圖解釋這一切。如果宇宙膨脹速度之間的差異沒(méi)有解決，那么，可能意味著(zhù)天文學(xué)家用來(lái)解釋其數據的一些基本理論——如關(guān)于暗物質(zhì)性質(zhì)的假設可能是錯誤的。”
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