當(dāng)前位置： 當(dāng)前位置：首頁(yè) > 知識(shí) > 一個(gè)“超級(jí)空洞”能解決關(guān)于宇宙膨脹速度的無(wú)休止的爭(zhēng)論嗎？正文

一張代表橫跨宇宙的宇宙物質(zhì)網(wǎng)中的基南-巴格-考伊超空泡的圖。銀河系位于虛空的個(gè)能關(guān)于中心。(圖片來(lái)源:uux.cn/AG kro upa/波恩大學(xué))
（神秘的解決地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（基思·庫(kù)珀）：如果我們的星系，銀河系，宇宙位于一個(gè)20億光年寬的膨脹真空中，我們宇宙膨脹速率的速度不同測(cè)量之間的主要差異就可以得到解釋。這是無(wú)的爭(zhēng)科學(xué)家的結(jié)論，他們認(rèn)為修正的休止引力理論可以取代宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型。然而，超級(jí)空洞這個(gè)假設(shè)受到許多天文學(xué)家的個(gè)能關(guān)于強(qiáng)烈質(zhì)疑。
宇宙學(xué)的解決標(biāo)準(zhǔn)模型描述了我們?nèi)绾紊钤谝粋€(gè)由暗能量和暗物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙中。暗能量是宇宙一種神秘的力量，似乎導(dǎo)致宇宙加速膨脹，膨脹而暗物質(zhì)提供了宇宙中的速度大部分引力，被認(rèn)為以光環(huán)狀包圍著星系，無(wú)的爭(zhēng)同時(shí)防止它們分崩離析。總之，這些難以捉摸的現(xiàn)象描述了物質(zhì)如何在宇宙中分布，以及星系如何相對(duì)于彼此運(yùn)動(dòng)。
然而，標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型要克服的最大挑戰(zhàn)之一就是所謂的“哈勃張力”。這個(gè)概念不是像你想象的那樣以太空望遠(yuǎn)鏡命名，而是以它的名字命名，天文學(xué)家埃德溫·哈勃。1929年，埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)一個(gè)星系離我們?cè)竭h(yuǎn)，它離我們?cè)竭h(yuǎn)。他能夠推導(dǎo)出一個(gè)關(guān)系來(lái)描述這種聯(lián)系，這個(gè)關(guān)系后來(lái)被稱為哈勃-勒梅特定律(以比利時(shí)理論物理學(xué)家和牧師喬治·勒梅特命名，他也獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了這個(gè)定律)。它說(shuō)，星系遠(yuǎn)離我們的速度是其距離乘以宇宙膨脹率的產(chǎn)物，宇宙膨脹率由一個(gè)稱為哈勃常數(shù)的參數(shù)給出。
自埃德溫·哈勃時(shí)代以來(lái)，天文學(xué)家們一直努力以更高的精度測(cè)量哈勃常數(shù)。通過(guò)知道哈勃常數(shù)，從而精確地知道宇宙膨脹的速度，我們可以計(jì)算出宇宙要達(dá)到現(xiàn)在的大小必須有多老。我們目前最精確的測(cè)量表明宇宙的年齡為138億年。
但是，有一個(gè)問(wèn)題。
通過(guò)測(cè)量Ia型超新星的紅移光來(lái)測(cè)量宇宙的膨脹，得出哈勃常數(shù)為每秒每百萬(wàn)帕73.2千米。換句話說(shuō)，它說(shuō)每一個(gè)百萬(wàn)帕秒的空間體積(一個(gè)秒差距是3.26光年，一個(gè)百萬(wàn)帕秒是一百萬(wàn)秒差距，所以是326萬(wàn)光年)每秒膨脹73.2公里(45.5英里)。
然而，宇宙的膨脹速率也包含在宇宙微波背景輻射的物理學(xué)中。歐洲航天局普朗克任務(wù)對(duì)CMB的測(cè)量給出的哈勃常數(shù)為每秒67.4千米/兆帕秒。兩次測(cè)量都達(dá)到了很高的精度，但它們不可能都是正確的。
這種奇怪的二分法被稱為哈勃張力，現(xiàn)在可以說(shuō)是宇宙學(xué)中最令人煩惱的問(wèn)題。盡管一些天文學(xué)家懷疑這是某處測(cè)量誤差的產(chǎn)物，但其他人認(rèn)為這可能暗示著新的物理學(xué)。
這正是德國(guó)、蘇格蘭和捷克共和國(guó)科學(xué)家的一篇新論文所提出的。
該論文的作者之一，德國(guó)波恩大學(xué)的Pavel Kroupa在一份新聞聲明中說(shuō):“宇宙…似乎在我們附近膨脹得更快，也就是說(shuō)，距離我們大約30億光年。”“事實(shí)不應(yīng)該是這樣的。”
他們的假設(shè)集中在一個(gè)被稱為Keenan-Barger-Cowie超級(jí)空洞的天體物理奇怪現(xiàn)象上，這個(gè)名字是以研究它的三位天文學(xué)家的名字命名的。科學(xué)家們說(shuō)，超級(jí)空洞是宇宙中所謂的物質(zhì)“密度不足”，從統(tǒng)計(jì)上看，這個(gè)區(qū)域的星系平均較少——而我們的銀河系恰好位于它的正中央。
在這個(gè)超級(jí)空洞之外，星系的密度平均要高一點(diǎn)，從而產(chǎn)生更大的引力，將超級(jí)空洞內(nèi)的物體拉向它們。研究小組認(rèn)為，這可能會(huì)給人一種印象，即我們附近的空間正在以更快的速度膨脹，因?yàn)樾窍当晃镔|(zhì)的引力拖到了超空間之外。
“這就是為什么它們離開我們的速度比實(shí)際預(yù)期的要快，”蘇格蘭圣安德魯斯大學(xué)的合著者Indranil Banik說(shuō)。
宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為，物質(zhì)應(yīng)該相當(dāng)均勻地分布在宇宙中，任何空隙都不應(yīng)該超過(guò)一定的大小。因此，很難解釋像基南-巴爾杰-考伊大空洞這樣大的超級(jí)空洞。一些天文學(xué)家，包括Kroupa和Banik，認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)模型無(wú)法解釋它，而其他人如Martin Sahlén，inigo zubeldia和牛津大學(xué)的Joseph Silk公開表示可以。
在Kroupa，Banik和他們的合著者(波恩大學(xué)的塞爾吉·馬祖?zhèn)惪坪徒菘斯埠蛧?guó)查理大學(xué)的莫里茨·哈斯鮑爾)的假設(shè)中，我們當(dāng)前的引力理論，因此也是暗物質(zhì)，被一種叫做修正牛頓動(dòng)力學(xué)的新理論所取代，簡(jiǎn)稱MOND。這種假設(shè)認(rèn)為，在低加速度下，引力的表現(xiàn)與愛因斯坦和牛頓描述的不同，額外的引力可以取代對(duì)暗物質(zhì)的需求。在MOND范式中，宇宙可以更容易地創(chuàng)造出像Keenan-Barger-Cowie超級(jí)空洞這樣的大空洞。
然而，空洞的存在會(huì)影響對(duì)宇宙膨脹速率的測(cè)量，這一觀點(diǎn)在過(guò)去一直備受爭(zhēng)議。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、巴爾的摩約翰·霍普金斯大學(xué)的亞當(dāng)·里斯(Adam Riess)與約翰·霍普金大學(xué)的w·達(dá)西·肯沃西(W. D'Arcy Kenworthy)和美國(guó)杜克大學(xué)的丹·斯科尼克(Dan Scolnic)一起領(lǐng)導(dǎo)了用Ia型超新星測(cè)量哈勃常數(shù)的工作，他們證明了在超級(jí)空洞邊界之外觀察到的Ia型超新星與空洞內(nèi)部的超新星具有相同的膨脹率。作為回應(yīng)，克魯帕、巴尼克、馬祖?zhèn)惪坪凸辊U爾認(rèn)為，超級(jí)空洞的影響將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出空洞本身，因此人們預(yù)計(jì)會(huì)在空洞范圍之外的超新星中測(cè)量到更高的膨脹率。
其他測(cè)量哈伯常數(shù)的方法，獨(dú)立于超空間和宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，也認(rèn)為哈伯張力無(wú)法解釋。通過(guò)跟蹤在遙遠(yuǎn)星系中圍繞超大質(zhì)量黑洞運(yùn)行的分子云中的水脈澤在天空中形成的角距離，并從幾何學(xué)中推導(dǎo)出它們的物理距離，產(chǎn)生了每秒每百萬(wàn)帕秒73.9公里的哈勃常數(shù)值，鑒于脈澤測(cè)量的不確定性，這接近于Ia型超新星的測(cè)量值。還有h olicow(H0指的是哈勃常數(shù))項(xiàng)目，該項(xiàng)目研究早期宇宙中類星體發(fā)出的光如何通過(guò)前景引力透鏡采取不同長(zhǎng)度的不同路徑。類星體的亮度經(jīng)常有波動(dòng)；當(dāng)穿過(guò)引力透鏡的不同路徑時(shí)，宇宙仍在膨脹，這種膨脹的速率印在類星體亮度變化的不同透鏡圖像上。這個(gè)項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)膨脹速率為每秒73.3公里/百萬(wàn)帕秒，幾乎與Ia型超新星的值相同。
這些測(cè)量結(jié)果與CMB的測(cè)量結(jié)果相沖突，并且與超級(jí)空洞可以產(chǎn)生哈伯張力的假設(shè)無(wú)關(guān)。所以最終，如果這個(gè)假設(shè)是有腿的，看來(lái)克魯帕、巴尼克、馬祖?zhèn)惪坪凸辊U爾將不得不說(shuō)服更多的人。
該假說(shuō)于11月發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上。