宇宙膨胀太难测算！算法更新，疑云依旧

过去一个世纪天文观测领域的进步使得科学家们建立起来了一个相当成功的宇宙运行的模型，这个模型很重要，我们测算到的愈多，能了解到的就愈全面。

但关于宇宙的膨胀在以怎样的速率进行这一问题，一些宇宙测量数据却让我们陷入了更深的浓雾之中。

自上世纪二十年代我们了解到宇宙在膨胀，一个星系距离我们越是遥远，它远离我们的速度就越快。事实上，到二十世纪末我们发现宇宙膨胀在加速。

目前宇宙膨胀速度被叫做“哈勃常数”，它同时也是一个很重要的天文学常数。

我们的注意力似乎一直集中于哈勃常数被广泛接受的值的大小，然而通过不同方法测量出的哈勃常数的值出现了一些神秘的差异。

现在一项发表于《Science》杂志的研究指出，有解决这一神秘差异值的方法。

精度问题

哈勃常数由其他星系到我们的距离以及其远离我们的速度结合起来，测算得到的估计值。

到上世纪末时，科学家们达成共识，哈勃常数大约是70千米每秒每兆秒差距（1兆秒差距是300万光年左右），但在这几年，这些测量结果表明这个值可能并非最终答案。

假设我们在估算哈勃常数的值时用到的时当地的观测结果，现今的宇宙，我们得到一个值73，但我们同样可以使用大爆炸余晖的观测结果，也就是“宇宙微波背景”去估算哈勃常数，这个先前的宇宙的测算给出一个低于之前的值——67。

很令科学家困扰的，这两种测算都是足够精确的，那这其中一定存在一些问题。天文学家们委婉地称这一“张力”为哈勃常数地精确值。

如果你对这一问题也有困惑，那么哈勃常数中出现的“张力“指出了这两种测算方法其一或两者都存在一些未知的系统化的问题。但如果你对于以上发现很激动的话，那么这一差异值也许可以成为我们从未发觉的物理的线索。

图解 : 宇宙膨胀（NASA/WMAP）

尽管目前为止我们建立的宇宙模型很成功，但它有可能时错误的，或者至少是不全面的。

远距离还是本地

为了彻底了解这一差异值出现的原因，我们需要一个连接我们所在的位置和最遥远的宇宙之间的距离尺度。

这篇文章提供了一个解决这一挑战的简洁的方法。很多宇宙膨胀速度的估算都依赖于天体之间距离的精确测量。但这一点非常难以达到，我们没法用卷尺来测量宇宙。

一个常用的方法是利用“1a 型“超新星（爆炸的恒星），这些超新星极度明亮，所以我们可以在相当遥远的地方观测到它们。当我们知道它们应该达到的亮度，就可以通过对比当前的光度和它的已知光度来计算它们的距离。

为了从超新星观测结果获得哈勃常数，它们必须在绝对距离尺度下校准，因为超新星的总体亮度仍然有一大部分不确定。

目前，这些“锚“是很近（同时也很精准）的标志，例如光变周期性变化的造父变星。

如果我们有宇宙中更遥远的绝对距离锚，就可以在更广阔的宇宙范围尺度下更加精确的校准超新星的距离。

遥远的锚

这个工作在开发引力透镜的现象的同时推动了一些新的锚。

通过观察光从背景源（就像一个星系）如何由于它前方大质量的天体的引力作用而弯折，我们可以得到前景天体的性质。

图解：（盒子中心）一个超新星爆炸背景的光的散射到四个黄色点（NASA/Hubble）

相关团队研究了两个星系，它们从另外两个背景星系透射过来的光，这一畸变过于强烈以至于每个背景星系的多张图像被投影在前景偏转附近（如上图所示）。

构成每张图像的光的组成部分前往地球的距离会有轻微的差别，因为当光线在前景偏转周围弯折。这一现象造成了透镜图像上光到达的时间的延迟。

如果背景源有相对连续的亮度，我们不会注意到延迟的时间。但当背景源自身的亮度有变化，我们可以测算光到达时间的不同。这就是这项工作的实质。

透镜图像上的时间延迟与前景星系偏转光的质量，以及其物理尺寸相关。所以当我们结合测出的时间延迟以及已知的偏转星系的质量，我们就得到了一个物理尺寸的精确测量值。

就像把一枚硬币放在一个长的多的距离上，我们可以对比星系的表观尺寸和物理尺寸来得到距离，因为一个确定大小的天体在远离时会看起来更小。

作者呈现了两个偏转星系810兆秒差距和1230兆秒差距的绝对距离，在误差范围10%-20%左右。

将这些测量结果作为绝对距离锚，笔者继续重新分析740个建立了良好数据的超新星的校准距离来确定哈勃常数，结果得到了超过82千米每秒每兆秒差距。

相对于上文提到的值，这一数字高出了很多。但关键点在于只有两个锚距离的不确定性在这一值中非常大，很重要的，尽管，它是静态的连续的，在所处的宇宙中测算的值。

这一不确定性可以通过捕捉并测量其他强烈棱镜效应下时间变化大的星系距离来减少，这样的星系很稀少，但下一步的大口径全天巡视望远镜项目应该可以探测到这样的系统，增加可靠值的希望。

研究结果提供了一片拼图，但还亟需更多的工作，因为我们仍然解释不了宇宙微波背景得到的值如此低的原因，未解仍存，但希望不会太久。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. JAMES GEACH, THE CONVERSATION- sisu- sciencealert

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