加速膨脹宇宙模型

　　自上世紀20年代以來
，美國天文學家哈德溫·哈勃的觀測讓科學家知道
，宇宙在不斷膨脹。那麼，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，在宇宙學計算中都扮演非常重要的角色，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

、暗能量的屬性有關

，而後兩者

，是我們目前仍未揭示的宇宙幾大謎團中的兩個。

　　100多年來
，科學家分別借助對Ia型超新星和宇宙微波背景(CMB)的de觀guan測ce，測ce出chu了le兩liang個ge哈ha勃bo常chang數shu的de值zhi，但dan這zhe兩liang個ge值zhi並bing不bu一yi樣yang


，這zhe讓rang科ke學xue家jia們men很hen迷mi惑huo。現xian在zai
，通tong過guo對dui紅hong巨ju星xing的de研yan究jiu，科ke學xue家jia又you得de出chu了le一yi個ge新xin的de哈ha勃bo常chang數shu值zhi，新xin值zhi介jie於yu上shang述shu兩liang者zhe之zhi間jian
，令ling整zheng個ge事shi件jian更geng加jia撲pu朔shuo迷mi離li。

　　兩個哈勃常數不一致

　　20世紀20年代
，哈勃(哈勃太空望遠鏡就是以他的名字命名)等人發現，宇宙正在膨脹——因yin為wei大da多duo數shu星xing係xi離li銀yin河he係xi越yue來lai越yue遠yuan
，且qie距ju離li銀yin河he係xi越yue遠yuan的de星xing係xi，後hou退tui的de速su度du也ye越yue快kuai。星xing係xi遠yuan離li銀yin河he係xi的de速su度du和he星xing係xi與yu銀yin河he係xi的de距ju離li之zhi間jian的de比bi率lv大da致zhi恒heng定ding

，這zhe一yi比bi率lv被bei稱cheng為wei哈ha勃bo常chang數shu。

　　經過研究計算，哈勃發現
，一個星係與地球的距離每增加百萬秒差距(Mpc，約326萬光年)
，該星係遠離地球的速度就增加500公裏/秒，所以那時，哈勃測出的哈勃常數值為500公裏/秒/百萬秒差距(km/s/Mpc)。

　　幾十年來，隨著測量技術的不斷改進


，天文學家大幅下調了哈勃常數的估算值。20世紀90年代，弗裏德曼率先使用哈勃太空望遠鏡來測量哈勃常數，計算出的值約為72公km/s/Mpc

，誤差範圍不到10%。此後，由約翰霍普金斯大學諾貝爾獎獲得者亞當·裏斯領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在於可靠地測量星係的距離。在上述測量方法中，研究人員主要是借助對造父變星和Ia型超新星的運動進行測算，得出了星係的距離
，從而計算出了哈勃常數的數值。

　　造父變星是一類特殊的恒星
，其亮度變化周期與自身光度直接相關，因而可用於測量星係等的距離。而Ia型超新星則是一類爆發的恒星
，其亮度基本恒定，所以二者在天文學上均被當作“標準燭光”，用於計算遙遠星係的距離。在裏斯的研究中，他們對約2400顆造父變星和約300顆Ia型超新星的運動進行了測算。

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

　　裏斯測得的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——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裏斯所測得的值
，其比之前測得的要高出9%
，那麼由它推測出的將是一個年輕約10億年的宇宙。

　　或與暗能量有關

　　據英國《科學新聞》雜誌網站7月17日(ri)報(bao)道(dao)，對(dui)此(ci)差(cha)異(yi)
，裏(li)斯(si)提(ti)出(chu)了(le)一(yi)些(xie)可(ke)能(neng)的(de)解(jie)釋(shi)。一(yi)種(zhong)可(ke)能(neng)是(shi)，促(cu)使(shi)宇(yu)宙(zhou)加(jia)速(su)膨(peng)脹(zhang)的(de)暗(an)能(neng)量(liang)可(ke)能(neng)會(hui)以(yi)更(geng)大(da)的(de)力(li)或(huo)者(zhe)越(yue)來(lai)越(yue)大(da)的(de)力(li)把(ba)星(xing)係(xi)推(tui)離(li)，這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)宇(yu)宙(zhou)膨(peng)脹(zhang)的(de)加(jia)速(su)度(du)本(ben)身(shen)在(zai)宇(yu)宙(zhou)中(zhong)沒(mei)有(you)恒(heng)定(ding)值(zhi)，而(er)是(shi)隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)變(bian)化(hua)。裏(li)斯(si)憑(ping)1998年發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，這種新粒子隻受重力影響。

　　還hai有you一yi種zhong更geng有you吸xi引yin力li的de解jie釋shi認ren為wei
，暗an物wu質zhi與yu普pu通tong物wu質zhi的de作zuo用yong比bi現xian在zai我wo們men認ren為wei的de更geng強qiang烈lie。其qi中zhong任ren何he一yi種zhong情qing況kuang都dou會hui改gai變bian現xian有you的de宇yu宙zhou學xue標biao準zhun模mo型xing。該gai模mo型xing描miao述shu了le一yi個ge包bao含han宇yu宙zhou學xue常chang數shuΛ和暗能量、冷暗物質(CDM)的宇宙，是目前最簡單的模型，可以很好地解釋微波背景輻射的存在及其結構、大尺度結構中星係的分布、元素豐度
、宇宙加速膨脹等觀測結果。

　　目前，科學家正在尋找解決辦法，希望對宇宙學標準模型進行修改，使其能解釋哈勃常數兩個值不兼容的問題。

　　紅巨星被選作新的“標準燭光”

　　問題還未解決時，科學家的另一條測量路徑
，讓整個事件更加撲朔迷離。

　　芝加哥大學天文學家溫迪·弗裏德曼領導的團隊更新了哈勃測量方法中的一個關鍵要素——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。

　　科學家一直試圖找到比造父變星更好的“標準燭光”
，因yin為wei造zao父fu變bian星xing往wang往wang存cun在zai於yu擁yong擠ji且qie充chong滿man灰hui塵chen的de區qu域yu，這zhe可ke能neng會hui使shi對dui其qi亮liang度du的de估gu計ji發fa生sheng扭niu曲qu。為wei此ci，弗fu裏li德de曼man和he同tong事shi避bi開kai了le造zao父fu變bian星xing

，使shi用yong紅hong巨ju星xing作zuo為wei測ce量liang更geng遙yao遠yuan星xing係xi的de“標準燭光”。

　　hongjuxingbizaofubianxinggengchangjian，zaixingxizhoubianquyuhenrongyifaxian
，zaizhexiequyu，hengxingbicigeli
，huichenbushiwenti。hongjuxingdeliangdubianhuahenda
，danzuoweiyigezhengti，yigexingxineidehongjuxingqunyongyouyigeduteermingxiandetezheng：zhexiehengxingdeliangduhuizaishubaiwannianjianzengjia
，zhidaodadaozuidazhi
，ranhouturanxiajiang。dangtianwenxuejiagenjuyanseheliangduhuizhiyidaqunhengxingshi，hongjuxingkanqilaixiangyituanyongyoumingxianbianyuandeyuandian，shenchubianyuandehengxingkeyizuowei“標準燭光”。

　　弗裏德曼團隊使用該技術計算了18個星係到地球的距離，並獲得了最新的哈勃常數估計值。

　　芝加哥大學的宇宙學家洛基·科爾布說
，隨著有關紅巨星的數據不斷積累，技術的精確度將提高，紅巨星可能在不久的將來擊敗造父變星，成為廣受歡迎的“標準燭光”。

　　盡管如此，裏斯說，這項紅巨星研究仍然跟星係中的塵埃數量，尤其是大麥哲倫星雲中的塵埃數量有關。他說：“塵埃很難估計，這可能也是造成這兩個哈勃常數值偏低的原因。”

　　弗裏德曼在接受《自然》雜誌采訪時說：“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有解決，那麼，可能意味著天文學家用來解釋其數據的一些基本理論——如關於暗物質性質的假設可能是錯誤的。”