原文作者：Davide Castelvecchi
最近几年来，关于世界胀大速度的两种最准确的丈量值存在相当大的不合。世界学家寄希望于一种独立办法来处理这个问题，成果这种办法让他们更苍茫了。
晚年红巨星是丈量现在世界胀大速度的一种新办法的焦点 | NASA/ESA/SPL
最新丈量成果出自芝加哥大学天文学家Wendy Freedman领导的团队，已于7月16日对外发布，行将宣布在《天体物理学报》（Astrophysical Journal）上[1]。
Freedman团队展现了一种运用红巨星来丈量世界胀大速度的技能。这种技能有望替代天文学家现已运用了一个多世纪的办法。可是，现在它所丈量出的世界胀大速度无法处理上述不合，由于它落在了两个本就互不共同的值中心。
“世界是在和咱们恶作剧嘛？”一名天体物理学家对此发了这样一条推特。
“咱们现在正在企图搞清楚这些究竟该怎样整合起来。”Freedman对《天然》杂志说。假如无法处理世界胀大速度的丈量不合，那或许意味着世界学家用来解读数据的某些根底理论是错的，例如对暗物质性质的假定。“根底物理学上方高悬着达摩克利斯之剑。”Freedman说。
世界的测速仪
美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）等人于20世纪20年发现了世界正在胀大。他们的根据是大多数星系都在远离银河系——越远的星系远离速度越快。速度和间隔的大致比率被称为哈勃常数。哈勃发现，间隔每多一百万秒间隔（大约326万光年），星系远离的速度就会添加500千米/秒，所以在“每百万秒间隔每秒千米”这个单位下，哈勃常数便是500。
哈勃空间望远镜 |Wikimedia Commons
在接下来的几十年里，丈量办法逐步改善，天文学家大幅下调了哈勃常数的估计值。Freedman于90年代首先运用哈勃太空望远镜丈量了哈勃常数，得到了72这一数字，差错是正负10%。至今停止最准确的丈量值为74，差错仅有正负1.91%，是由约翰·霍普金斯大学的诺贝尔奖得主Adam Riess带领的团队测出的[2]。
可是曩昔十年里的另一项独立研讨使工作变得愈加扑朔迷离。欧洲空间局“普朗克”方案的科学家们制作出了大爆炸的留传辐射图，即世界微波布景（CMB），并用它来核算世界的根本性质。根据关于世界的规范理论假定，他们核算出的哈勃常数为67.8。
67.8和74之间的间隔看似不大，可是由于两种办法均有所改善，现已发生了计算显著性差异。因而，理论学家开端置疑是不是世界的规范理论有问题。这个叫做ΛCDM的理论假定存在隐形的“暗物质”粒子，以及奥秘的斥力“暗能量”。但他们也没能找到办法来批改理论，使之能在和关于世界的其他悉数调查坚持共同的前提下处理这个问题。
“从ΛCDM里找头绪很困难。没有什么调一调就能处理悉数问题的诀窍。”芝加哥大学的世界学家Rocky Kolb说。
Freedman的最新丈量法更新了哈勃丈量法中的一个要害要素，终究得到了69.8这个值。
丈量哈勃常数最大的难点在于可靠地丈量星系之间的间隔。哈勃开始的预算法根据对较近星系的间隔的丈量。为此，他调查了一类被称为“造父变星”的亮堂恒星。天文学家Henrietta Swan Leavitt于二十世纪初发现，这些恒星实践的亮度是能够猜测的。因而，经过丈量它们在照相版上显现出的亮度，就能够核算出恒星有多远。天文学家把这种标志性星体称为“规范烛光”。
船尾座RS是银河系中最亮的造父变星之一 |Wikimedia Commons
自此之后，天文学家一直在测验寻觅比造父变星更好的规范烛光，由于造父变星多存在于拥堵、多尘的区域，导致对其亮度的预算发生差错。“仅有的处理方案是开展一种独立的丈量法。至今停止咱们从未查验过造父变星丈量法的准确度。”Freedman说。她职业生涯中的大多数时刻都用来改善该办法的准确度了。“她知道每一个天体藏在什么地方。”Kolb说。
Freedman和她的搭档们彻底绕过了造父变星，而挑选了红巨星——现已平息的晚年恒星——作为规范烛光，一起挑选超新星迸发作为更远的星系的指示牌。
巨星核算
红巨星比造父变星要常见得多，很简单在星系的边际找到。在这些区域，恒星之间较为涣散，也没有世界尘的问题。红巨星的亮度改变较大，可是当咱们考虑整个星系的悉数红巨星时，就有了一个很好用的特征。
红巨星和太阳的比较 |Wikimedia Commons
红巨星的亮度在数百万年的时刻里逐步添加，到达最亮的那一刻后就会敏捷变暗。假如天文学家把一大群星体的色彩和亮度画到图上，红巨星会显现成一片点云，而且有着清晰的鸿沟。鸿沟上的星体就能够作为规范烛光。
Freedman团队运用这个办法核算了18个星系和咱们之间的间隔，对哈勃常数的预算初次到达了能够和造父变星法相比美的准确度。
Riess说红巨星法依然需要对星系中世界尘的含量进行必定假定，特别是大麦哲伦星云——这次研讨中的一个基准点。他说“世界尘很难预算。我以为必定会有许多人评论”作者的研讨办法为什么会推出一个较低的哈勃常数值。
Freedman团队的研讨成果和“普朗克”的数据以及Riess的造父变星核算成果在计算上是相容的，也便是说差错规模有所堆叠，而跟着红巨星数据逐步堆集添加，这个办法的准确度也会相应进步。很快就或许会超越造父变星法，Kolb说。
红巨星法的丈量值或许会向另两种丈量办法的成果之一偏移，或许或许会坚持不变，而另两种丈量办法的成果向它接近。可是就现在而言，世界学家还有许多谜题要回答。
参考文献：
1. Freedman, W. L. et al. Astrophys. J. (in the press).
2. Riess, A. G. et al. Preprint at https://arxiv.org/abs/1903.07603 (2019).
欢迎个人转发到朋友圈
喜爱记得点“在看”
