天体学家获得了系外恒星到地球距离的精确测量值

12月3日,宇宙和天体学家提前拿到了圣诞礼物:地球到系外恒星的精确距离(高清图片查看)。

约翰·霍普金斯大学的亚当·里斯因共同发现暗能量而获得了2011年诺贝尔物理学奖,他说:“我在zoom上听到了这一消息,简直幸福得难以言表。”

数据来自欧洲航天局的盖亚号航天器。航天器上的望远镜测量了13亿颗恒星的“视差”,即恒星在天空中明显位置的微小变化——这可以揭示它们的距离。多伦多大学的天体物理学家乔·波维(Jo Bovy)说:“盖亚视差是迄今为止最精确,最精确的距离测定。”

或许,理论物理学的鼎盛时代已经过去,未来是宇宙天文学和材料物理学的天下。但大家或许也知道,天文学的上空有一朵巨大的乌云:宇宙的膨胀速度和理论不符;为了弥合理论和观测,用两种方法测量出的哈勃常数,竟然又不一致。

两种测量哈勃常数的方法:

首先,哈勃常数的单位公里/秒/兆帕秒(km/s/Mpc)

第一个是基于宇宙微波背景(CMB),即大爆炸遗留下来的、弥漫寰宇的微弱背景辐射。我们对CMB已经进行了相当全面的研究,因此可以区分出背景辐射温度更高和更低的区域,这与早期宇宙中物质的膨胀和收缩相对应。

根据此类数据,对哈勃常数的计算通常会返回的结果大约为每秒每百万秒差距67.4公里。

另一种方法需要测量地球到亮度已知的天体的距离,例如极亮的Ia型超新星和造父变星,后者的亮度具有周期性的变化。

确定它们的绝对亮度后,天文学家就可以计算出到这些天体的距离,因为亮度会以已知的速率随着距离而衰减。因此,有时我们把此类对象称为标准烛光。

后一种方法返回的结果与依据宇宙微波背景辐射获得的数据不同。借助Ia型超新星,最近计算出每秒每百万秒差距72.8的结果。结合Ia超新星宿主星系中的银河系造父变星,甚至给出了更夸张的结果——每秒每百万秒差距74.03公里。

最糟糕或者说最好的可能性是,我们搞错了关于物质世界的基本原理。比较轻松的解释则是,上述测量方法在技术上都不够精确。

最新的盖亚数据,使用独立于前面两种的视差方法,被科学家寄予厚望,希望能够充当最终的裁判。

前段时间在线发布并提交给《天体物理学杂志》的论文里,里斯团队使用新数据将宇宙速度固定在每秒73.2公里/兆帕秒,与之前的值一致,但现在误差范围为1.8%。

原文:https://www.quantamagazine.org/astronomers-get-their-wish-and-the-hubble-crisis-gets-worse-20201217/

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