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科学家:我们的星系在一个巨大的“泡泡”里面

2020年7月8日7:32 环球解密

    宇宙膨胀的速度出了问题。更具体地说,我们测量宇宙膨胀加速率(称为哈伯常数)的方法出了问题。 我们有两种主要测量哈伯常数的方法,无论测量多少次,总是会得出不同的结果。这导致一些人建议我们需要新的物理学来解释这差异。 不过,瑞士日内瓦大学的理论物理学家Lucas Lombriser提出了另一种方法。

    Lombriser表示,如果银河系漂浮在太空中的一个巨大低密度的空腔中,那可以解释为什么测量结果不一致。 透过调整方程式以解决该密度的差异,我们可以大幅减小测量差异。

    目前哈伯常数有两种测量的方法。第一种是基于宇宙微波背景(cosmic microwave background,CMB),这是大爆炸遗留下来的微弱背景辐射在宇宙中穿梭着。 CMB已经被许多巡天调查大量纪录,因此我们知道它温度比较高和温度更比较低的区域与早期宇宙中物质的膨胀和收缩相对应。可以研究这些知识来了解宇宙的膨胀历史。 根据这些资料,哈伯常数计算出的结果大约是67.4公里每秒每百万秒差距。

    另一种得到哈伯常数的方法涉及测量到已知亮度物体的距离,例如极亮的Ia超新星和造父变星(Cepheid variable stars),这是一种在亮度和周期性脉动之间具有关系的恒星。知道它们的绝对亮度,使天文学家可以计算出到这些物体的距离,因为亮度会以已知的速率随着距离而衰减。 因此,有时我们将此类对象称为“标准烛光”( standard candles )。

    这两种方法得出的膨胀率不一致。 Ia型超新星最近得到的结果是72.8公里每秒每百万秒差距。 Ia超新星星系中的造父变星给出了差距更大的结果,74.03公里每秒每百万秒差距。

    Lombriser表示,“这两个值多年来一直在变得更加精确,同时又彼此不同。”

    不过,标准烛光模型有一个缺点, 用于计算宇宙膨胀的方程式是假设整个宇宙的质量分布均匀, 在大规模上,这可能或多或少是正确的,但在较小的规模上,可能并非如此。

    这可能会影响太空的行为方式, 因为如果银河系处于低密度的泡泡中,那么泡泡外部较高密度壳层的引力会给星系的引力带来一点加速的作用,使它移动的速度似乎快于宇宙膨胀的速度。

    Lombriser表示,“如果我们处于一个巨大的泡泡中,物质的密度会明显低于整个宇宙的已知密度,那么它将对超新星的距离产生影响,并最终影响哈伯常数的确认。”

    这并非第一次有人提出这样的理论,但Lombriser用数学描述了会导致观察到的气泡参数。他计算出,如果我们处于一个约2.5亿光年的泡泡中,且它周围的质量密度不到它周围太空的一半,那么标准烛光哈伯常数的计算将与宇宙微波背景哈伯常数的计算更加一致。而且我们知道存在这样低密度的空隙,银河系就在一个空隙的边缘,它至少有1.5亿光年宽,甚至可能高达3亿光年大。

    这并不表示我们需要新的物理学,一些研究表明,我们对Ia型超新星的理解存在缺陷,并且我们可能会错误地估算它们的亮度,也有研究提出可能有另一种暗能量在早期的宇宙中提供了额外的加速。

    不过,Lombriser相信他的理论有基础,“在这种规模上出现这种波动的可能性是20比1到5比1,这表示这不是理论家的幻想,在广阔的宇宙中有很多像我们这样的区域。”

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