在神秘莫测的宇宙中,数学和观测,可以相互验(2)
简而言之,宇宙一直在膨胀。我们也有众多的方法来监测宇宙扩张。好消息是所有方法测得的膨胀系数是大体一致的,但坏消息是这些数值互不相等。一组方式测得同一个数值,换另一组方法则得到另一个数值。
据最近新发表的一篇论文,作者使用了一种巧妙的方法来测量附近星系的膨胀。论文的发现和其他注重“邻近物体”方法的结果不谋而合。这可能对于进一步认识宇宙有帮助也可能没有。
实际上的观测比距离更加复杂,如果一个星系忙于在一个区域生成恒星,那么观测出的恒星数量就会增加。所以最好来观测椭圆星系,它们已经有十亿年没有产生新的恒星了。被观测的星系需要离我们足够近,这样才能获得足够的数据。因此这限制了观测距我们三亿光年外甚至更近的星系,此外还要考虑尘埃,图像中的背景星系,恒星团以及更多的恒星如何朝向星系中心等等。
当完成所有这些工作时,他们测得H0为73.3千米每秒每百万秒差距(误差为±2千米每秒每百万秒差距),与同路径近距离测量的其他方法一致,并且与使用远距离方法的其他组非常不同。
FY: 书灯下的树
观察星系也一样,用望远镜观测邻近的星系,在给定的分辨率下,你可能看到10颗恒星,全部都模糊成单个的像素,在另一分辨率下可能看到15颗恒星(较之前亮50%),另外一种可能只有5颗恒星(亮度只有第一个的一半)。
这个函数关系似乎适用于超长距离的物理测量,所以我们以埃德温·哈勃的名字命名为哈勃常数,或H0(读作“H naught”),因为哈勃是最早提出这个关系的人之一。它是以千米每秒每百万秒差距(或每固定距离的速度—越远移动速度越快)这样一个奇怪单位来测量。
BY: Phil Plait
观察非常遥远的物体,我们能看到的只是它们的过去,彼时宇宙还很年轻。如果宇宙的膨胀率在当时(比如120亿-138亿年前)与现在(不到10亿年前)不同,我们可以得到H0的两个不同的值。或者,宇宙的不同部分正在以不同的速度膨胀。
当这种情况发生时,那将会是有趣的一天,我们对宇宙的理解会迈出一大步,然后宇宙学家会在新的领域继续探索讨论。必定会有新的分歧供他们争论,这个宇宙很宏大,有很多值得研究的地方。
阿塔卡马宇宙望远镜对早期宇宙进行大规模调查的一部分,此结果显示了大爆炸留下的辐射的微小温度波动,这些变化最终形成了星系,恒星和你。图源:阿塔卡马宇宙望远镜合作项目
新发表的论文使用了一种称为表面亮度波动的冷却方法。名字花哨实际上却直观地说明了方法。
现在我们从两倍的距离去观察一个一模一样的星系,一种分辨率下可以看到20颗恒星,在其他的分辨率下可以观测到27颗或13颗(相差约35%)。10倍距离外可以看到120,105,和90(相差约10%)--请注意,为了简化模型举例,这里的数字仅作示例。关键是,星系越远,亮度分布越平滑(像素相互之间的差异与每个像素的总和相比变小)。不仅如此,像素也可以更加平滑地被测量和分配数字。
测量近距离物体如邻近星系的恒星或爆发星时,相关的方法会使H0为每秒73千米/百万秒差距。但是用更遥远的如宇宙微波背景和重子声学振荡,测得的H0数字更小,是每秒68千米/百万秒差距。
也有可能是我们观测宇宙的方式错了。换句话说,事情有些不对劲。
我们的宇宙出问题了。
文章来源:《应用数学》 网址: http://www.yysxzzs.cn/zonghexinwen/2022/0531/1595.html