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科学,NASA|新哈勃精确的测量证实了宇宙加速膨胀，但仍然不知道为什么会这样

20世纪20年代 ， 埃德温·哈勃提出了一个突破性的发现：宇宙处于膨胀状态 。最初的预测是爱因斯坦广义相对论的结果 ， 这一发现后来被称为哈勃常数 。在几十年的时间里 ， 多亏了新一代望远镜的部署——就像被命名的哈勃太空望远镜(HST) ， 科学家们被迫修改了这项定律 。
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这些哈勃太空望远镜的图像展示了在一个项目中分析的19个星系中的两个 ， 以提高宇宙膨胀率的精确度 ， 这个值被称为哈勃常数 。彩色合成图像显示NGC 3972(左)和NGC 1015(右) ， 分别位于距离地球6500万光年和1.18亿光年 。每个星系的黄圈代表了被称为造父变星的脉动恒星的位置 。图片版权：NASA, ESA, A. Riess (STScI/JHU)
简而言之在过去的几十年里 ， 可以看到更远的宇宙空间(以及更深入的时间) ， 使得天文学家能够更精确地测量宇宙早期膨胀的速度 。多亏了用哈勃望远镜进行的一项新研究 ， 一个国际天文学家小组已经能够对宇宙膨胀率进行最精确的测量 。
这项研究是由超新星H0进行的 ， 它是由一个国际天文学家小组(SH0ES)组成的 ， 自2005年以来一直致力于改进哈勃常数的精确度 。该组织由太空望远镜科学研究所(STScI)和约翰·霍普金斯大学的亚当·赖斯(Adam Reiss)领导 ， 包括来自美国自然历史博物馆、尼尔斯·玻尔研究所、国家光学天文观测站以及许多著名大学和研究机构的成员 。
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在宇宙年龄的单位中 ， 哈勃在先前的深场观测中对星系的深度的说明 。图片版权：NASA and A. Feild (STScI)
这项研究最近发表在《天体物理学杂志》上 ， 题目是“从哈勃太空望远镜的多周期库项目：早期的膨胀率”中 ， “Ia型超新星距离在红移>1.5” 。为了研究 ， 并与他们的长期目标一致 ， 团队寻求建立一个新的更精确的“距离阶梯” 。这一工具是天文学家在宇宙中传统测量距离的方法 ， 它包括了像造父变星这样的距离标记 ， 通过将它们的内在亮度与它们的表面亮度进行比较 ， 从而推断出它们之间的距离 。然后将这些测量与距离星系的光进行比较 ， 以确定星系之间的空间扩张的速度 。
由此哈勃常数得到了推导 ， 为了建造的遥远的梯子 ， Riess和他的团队用哈勃的宽视野相机3 (WFC3)对银河系中8个新造的造父变星进行了视差测量 。这些恒星的距离是之前研究的10倍——从地球上的6000到12000光年——以及更长的时间间隔 。为了确保这些恒星的摇摆度 ， 研究小组还开发了一种新的方法 ， 哈勃在4年内每6个月测量一颗恒星的位置 ， 每分钟1000次 。然后研究小组将这八颗恒星的亮度与更遥远的仙王座星进行比较 ， 以确保它们能够更精确地计算出其他星系的距离 。
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图中显示了天文学家用来测量宇宙膨胀率(哈勃常数)的三个步骤 ， 以达到前所未有的精确度 ， 将总不确定性降低到2.3% 。图片版权：NASA/ESA/A. Feild (STScI)/and A. Riess (STScI/JHU)
利用这项新技术 ， 哈勃望远镜能够捕捉到这些恒星相对于其他恒星的位置变化 ， 这大大简化了事情 。正如里斯在NASA新闻发布会上解释的那样：这种方法允许重复的机会来测量由于视差而产生的极小的位移 。你测量的是两颗恒星之间的距离 ， 不仅仅是在相机上的一个地方 ， 而是在数千次 ， 减少了测量中的误差 。
与以往的研究相比 ， 该团队能够将分析的恒星数量扩大到更远的10倍 。然而研究结果也与欧洲航天局(ESA)普朗克卫星所获得的结果相一致 ， 后者一直在测量宇宙微波背景(CMB)——这是大爆炸产生的残余辐射 ， 因为它是在2009年部署的 。通过映射CMB ， 普朗克能够追踪宇宙早期宇宙的膨胀——circa 。普朗克的结果预测在大爆炸之后的378000年 ， 哈勃常数现在应该是每秒67公里 ， 每百万秒(330万光年) ， 也不可能高于每秒69公里 。


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