哈勃常数之谜-宇宙膨胀的量度不加

解决有关宇宙膨胀率的不一致数据就像尝试穿插“宇宙针”一样，其中的孔是今天测得的H0值，并且该线是由我们可以观察到的最遥远的宇宙模型带来的：背景。

物理学家使用两种类型的测量来计算宇宙的膨胀率，但是他们的结果不一致，这可能有必要修改宇宙学模型。巴塞罗那大学的研究员利西亚·维尔德（Licia Verde）说：“这就像在尝试穿刺宇宙针一样。”

今年夏天，一百多位科学家在加利福尼亚大学（美国）的卡夫里理论物理研究所会面，试图澄清关于宇宙膨胀率的不一致数据正在发生的事情，这个问题影响到了起源，进化，以及我们宇宙的命运。他们的结论已发表在《自然天文学》杂志上。

“问题在于哈勃常数（H0），该参数的值-它实际上不是常数，因为它随时间变化-表示宇宙目前正在扩展的速度，”国际空间研究中心（ICREA）的宇宙学家利西亚·维尔德（Licia Verde）指出。巴塞罗那大学宇宙科学研究所（ICC-UB）和本文的主要作者。

测量哈勃常数的两种方法得出的结果并不相同。

她解释说：“测量此数量的方法有不同，但可以分为两大类：依赖后宇宙（在空间和时间上与我们最接近的）和基于早期宇宙的方法，以及他们给出的结果并不完全相同。”

造父变星的规则脉动提供了一个典型的晚期宇宙测量的例子，天文学家亨利埃塔·斯旺·莱维特（Henrietta Swan Leavitt）在一世纪前就已经观测到了这些变化，这有助于埃德温·哈勃（Edwin Hubble）计算星系之间的距离并在1929年证明了宇宙正在膨胀。

当前对哈勃等太空望远镜对造父变星亮度变化的分析，以及对我们宇宙环境和更遥远的超新星中物体的其他直接观察，表明H0值约为每秒73.9公里/秒（兆帕秒）（天文单位）相当于约326万光年）。

宇宙的时间线。

但是，基于早期宇宙的测量提供的平均H值为67.4 km / s / Mpc。这些其他记录是根据标准宇宙学模型（Lambda-CDM模型）的成功而间接获得的，这些记录是从欧洲航天局的普朗克卫星和其他仪器获得的数据而获得的，该模型提出了由5％原子组成的宇宙或普通物质，27％的暗物质（由尚未探测到的粒子组成，它们提供了额外的引力吸引，因此星系可以形成并将星系团聚在一起）和68％的暗能量，它们可以加速物质的膨胀。宇宙。

“特别是，这些对原始宇宙的测量集中在可以观察到的最远的光上：宇宙微波背景是在宇宙只有380,000年时产生的，即所谓的重组时代（质子与电子重组形成）。原子”）。

研究人员强调了一个相关事实：“在早期宇宙的基础上，有非常不同和独立的方法（使用完全不同的仪器和科学工具）来测量H0，而晚期宇宙也是如此。有趣的是，一种类型的所有测量结果彼此一致，精确度为1或2％，另一种类型的测量结果也具有相同的高精度。但是当我们将一个类别的度量与另一个类别的度量进行比较时，就会出现差异。”

这就像尝试插入“宇宙针”，其中的孔是今天测得的H0值，而该线程是由距离最远的Universe的模型带来的。

利西亚·维尔德（Licia Verde）笑着说：“看起来相差很小，只有7％，但考虑到我们所说的哈勃常数值的精度为1％或2％，这是非常重要的。”“这就像试图插入一个“宇宙针”，其中的孔是今天测得的H0值，而该线程是由我们所能观察到的最遥远的宇宙模型所带出的：宇宙微波背景。

此外，她指出了差异的一些后果：“ H0越低，宇宙越老。考虑到哈勃常数为67或68 km / s / Mpc，其当前年龄约为138亿年。但是如果它的值是74 km / s / Mpc，那么我们的宇宙将会更年轻：它将有大约128亿年的历史。”

在早期Universe中修改模型

作者在研究中指出，这种异常现象似乎并不取决于用于测量的仪器或方法，也不取决于人类的设备或来源。“如果数据或测量结果没有错误，那么模型是否可能有问题？”研究者问。

专家说：“毕竟，原始宇宙类的H0值基于标准的宇宙学模型，该模型已经很好地建立了，非常成功，但是我们可以尝试进行一些更改以解决差异。”“但是，我们不能篡改运行良好的模型的特征”。

如果数据继续证实该问题，那么理论物理学家似乎同意，解决该问题的最有前途的途径是在宇宙微波背景观察到的光形成之前即在重组之前（已经存在）修改模型。 63％的暗物质，15％的光子，10％的中微子和12％的原子）。提出的想法之一是，在大爆炸之后不久，可能会发生强烈的暗能量事件，从而使宇宙膨胀的速度比以前计算的要快。

“尽管它仍然具有很高的投机性，但使用这种经过微调的模型，基于原始宇宙的测量所获得的H0值可能与局部测量值相吻合，”利西亚·维尔德（Licia Verde）指出：“这并不容易，但是通过这种方式，我们可以在不破坏模型中正常工作的情况下穿入宇宙针。”

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参考：Licia Verde，Tommaso Treu和Adam G.Riess撰写的“宇宙早期和晚期之间的紧张关系”，2019年9月27日，自然天文学。DOI：
10.1038 / s41550-019-0902-0