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“有趣的暗物质”:我们关于宇宙膨胀的理论有些错误

时间:2024-12-10来源:网络作者:小白


一个被称为Abell 2744系统的合成图像星系团碰撞,被称为潘多拉星团。蓝色是一张根据哈勃太空望远镜、甚大望远镜(VLT)和斯巴鲁望远镜的数据显示总质量浓度(主要是暗物质)的地图。来源:uux.cn美国国家航空航天局


(神秘的地球uux.cn)据《大众科学》(汤姆·霍金):自20世纪初以来,我们就知道宇宙在膨胀。然而,它究竟以多快的速度扩张,仍然是一个棘手的问题。到目前为止,我们对宇宙的理论理解预测的膨胀率比我们根据实际观测计算的速度慢约8%。这种差异被称为哈勃张力,其背后的原因是物理学中一个悬而未决的重大问题。


最明显的潜在解释是我们的测量不准确。然而,12月9日发表在《天体物理学杂志》上的一篇新论文通过将哈勃太空望远镜的数据与詹姆斯·韦伯太空望远镜的新观测结果进行交叉检查,进一步验证了我们现有的观测结果,并发现两者几乎完全一致。


什么是哈勃常数,我们如何测量它?


宇宙膨胀的速率表示为哈勃常数,通常缩写为“H0”。我们宇宙的一个怪癖是,它的膨胀率随着距离而变化——物体离我们越远,它离我们的速度就越快。为了反映这一事实,常数以千米每秒每兆秒差距(km/s/Mpc)为单位表示,兆秒差距是一个相当于大约30万光年的距离单位。


我们对宇宙最好的理论模型,λ/冷暗物质模型(“∧CDM”),预测H0的值为67-68 km/s/Mpc。然而,我们的观测结果显示H0约为73 km/s/Mpc。那么,发生了什么事?


为了理解这一点,我们首先需要了解H0是如何测量的。科学家们通过研究遥远的物体——恒星、星系、超新星——并计算出a)它们有多远,b)它们离我们有多快。


攀登宇宙距离阶梯


第一步是能够计算出遥远物体离我们有多远,而计算宇宙距离很少是一项简单的任务。正如该论文的合著者之一李思扬悲伤地说:“我们的很多工作都涉及到测量星系的距离,这是天文学中非常困难的事情之一。”


李解释说,为了进行这些计算,天文学家使用所谓的“宇宙距离阶梯”。阶梯从距离地球约1000秒差距内的物体开始,我们可以用简单的三角法计算它们的距离。李说,对于更遥远的物体,“我们真的需要两条信息。一条是视星等:这颗恒星在地球上看起来有多亮?另一条是这颗恒星的固有亮度:它的固有亮度是多少?”


这两个值之间的差异是距离的函数:物体离得越远,它看起来就越暗。(想象一下,从灯发出的光线球体在扩大;如果你靠近灯,许多光线会到达你,但随着你越来越远,越来越多的光线会错过你。)这两个数值与物体的距离之间有一个相对简单的关系,所以如果我们有两条这样的信息,我们可以计算第三条。


这很有用,因为有一些类别的物体——被称为“标准烛光”——都有相同的固有光度。(例子包括1a型超新星,沿着一类被称为造父变星的恒星。)一旦我们确定了一类标准烛光的固有光度——一个被称为校准的过程——我们就可以利用这些信息计算出与距离太远而无法直接计算的类似物体的距离。然后,可以对另一类标准蜡烛重复该过程。


一旦我们知道一个物体有多远,我们需要的第二条信息就是它离我们有多快。随着宇宙的膨胀,来自这些物体的光到达我们的时间越来越长,它的波长被它所穿越的不断膨胀的时空拉伸。这种现象被称为“红移”,如果我们能计算出给定物体的光红移了多少,我们就可以计算出物体远离我们的速度。


计算哈勃常数


一旦我们掌握了这两条信息,哈勃常数的实际确定就相当简单:速度和距离由方程v=H0d联系起来,其中v是速度,d是距离,H0是哈勃常数。


如果我们对大量遥远的物体进行这种测量,我们可以将哈勃常数定为一个更精确的值。当然,要做到这一点,测量结果的正确性至关重要。我们关于遥远天体的大部分信息来自哈勃太空望远镜,该望远镜花了几十年的时间积累数据,詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射为交叉检查这些数据提供了一个受欢迎的机会。


这也为研究开辟了新的可能性,正如该论文的主要作者、2011年诺贝尔物理学奖获得者亚当·里斯(Adam Riess)对哈勃张力的研究所解释的那样:“JWST在近红外波段具有更好的分辨率和灵敏度。哈勃在较蓝的波长上表现更好。哈勃最大的优势是它在那里的时间更长,因此拥有更多的数据,[但]一旦JWST有足够的数据,它可能会超过哈勃——或者它们可能会被联合用于研究[哈勃]张力。”


目前,JWST的结果与现有数据几乎完全相关,提供了更有力的证据,证明问题不在于我们测量的准确性。里斯说,在这种情况下,问题可能在于理论。他说:“如果不能发现测量中的缺陷,模型中出现缺陷的可能性就会越来越大。”


什么是∧CDM模型,为什么它预测了不同的哈勃常数?


顾名思义,∧CDM模型基于两个基本概念:宇宙常数(用希腊字母“∧”表示)和冷暗物质的存在。宇宙常数表示空间本身的内在能量,即目前估计约占宇宙能量68%的神秘“暗能量”。与此同时,“冷暗物质”代表了我们对同样难以捉摸的暗物质的最佳理解,暗物质占宇宙能量的27%。(构成恒星、行星和人类的普通老物质只占区区5%。)


暗能量和暗物质的概念不是任意的——暗物质的存在可以从它对星系自转的影响中推断出来,暗能量是宇宙持续膨胀所必需的。∧CDM模型中的版本反映了这些事实,也与我们对宇宙微波背景的观测相关联,宇宙微波背景是大爆炸的剩余辐射。


Riess说:“基本上,∧CDM预测了大爆炸后宇宙中物质/温度波动的物理大小。CMB用于测量这些波动的角度大小,并将两者进行比较,从而校准哈勃常数。”


然而,很明显,哈勃望远镜张力持续存在的问题表明,有些事情是不对的。里斯或李是否怀疑问题的根源在哪里?里斯说:“黑暗领域的一些东西。”。“[要么]有趣的暗能量,要么有趣的暗物质。”


李对此表示赞同,并补充说,他怀疑我们对前者的不完全理解可能是哈勃望远镜张力的根源:“就暗物质本身而言,我们知道它就在那里,我们可以建立模型来预测星系的行为——旋转和类似的东西。但就暗能量而言,有太多的可能性,以至于没有一种确切的替代方案可以完全适用……我们对暗能量知之甚少,我们仍在发现和学习。”

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水瓶座的星座属性是什么?水瓶座属于风象星座。风象水瓶座由被称为“破坏者”的天王星主宰。无论对手有多强大,他们都无法击倒强大的天王星;因此,水瓶座的人喜欢打破砂锅。最后,他们很聪明。他们不按照标准打牌。他们喜欢自由的生活方式,追求客观科学的宇宙真理,对新世纪和人类未来的发展充满期待。水瓶座不喜欢被束缚,所以他们不喜欢别人介入他们的私生活。他们确实是开放大胆的博爱主义者。男人和女人都可能成为朋友,但很少有亲密的朋友谈论一切。如果给他们完全的行动自由,让他们随意思考和决定,那么他们就会展示他们的沟通技巧。他们是创新者,有无尽的想法和突然的直觉,这样他就可以幻想或预测未来。扩展资料:神话传说:在古希腊神话中,众神之王宙斯的最爱既不是赫拉,也不是欧罗巴公主,他被公牛诱惑,而是克里特美少年伽妮墨得斯(加尼米德)。他变成了一只鹰,带走了这个美丽的青少年,公开爱上了奥林匹斯山,引起了赫拉的嫉妒,并设计杀死了这个美丽的青少年,并把它变成了一个水瓶座。宙斯很伤心,在天空中密封了伽妮墨得斯的灵魂,这就是水瓶座的起源。伽倪墨得斯是宙斯唯一的男性恋人,但他也是独一无二的。宙斯非常喜欢伽倪墨得斯。为了取悦伽倪墨得斯,他亲自为美丽的青少年种植了金葡萄藤。宙斯从未把任何女人带到奥林匹斯山或给她们不朽的神性,而是把伽倪墨得斯带到奥林匹斯。宙斯对伽倪墨得斯的爱引起了天后赫拉的嫉妒。赫拉把伽倪墨得斯变成了一个透明的水瓶,要求他永远为宙斯倒水,但是眼泪从水瓶里倒出来,所有的神都被感动了。于是宙斯把伽倪墨得斯的灵魂封印在天上,让他成为夜空中的星星。这就是水瓶座的由来。水瓶座是什么样的星座?水瓶座也被称为宝瓶座。水瓶座是11月中旬的黄昏,象征着流水。在南方天空中可以看到的星座中,排成Y形的小星星是水瓶座。星座从1月20日到2月19日。第十一宫面积约980平方米。中心位置:赤经22时40分,赤纬-13度。在飞马和双鱼座之南,南鱼座之北。α、β、θ、δ四星排成γ字形,即瓶口,ζ星星是美丽水瓶座的性格,其实是12个星座中最难测的一个。原因是连水瓶座自己都不懂自己。崇尚自由的水瓶座人,外表冷漠热情。你不会认为他是一个冷漠的人,也不会认为他是一个热情的人,总是觉得他的天真和世故交织在一起。这完全是因为他保守的性格。你不容易看到一个瓶子把自己打碎,但一旦你看到它,相信他真的想打碎它。不要试图拼凑他,只能期待碎瓶的重生。以保守的性格追求自由、开放和进步,陷入温暖主义泥潭的水瓶座,容易反掌。然而,由于内外背道而驰,他反思自己和世界的能力与日俱增。双星的目视。α星和γ星星,几乎在天赤道上。球星M2可以在小望远镜中看到。座位上有17颗星星,比4颗星亮。水瓶宫第十一宫。黄经从300度到330度。太阳每年1月20日左右到达这座宫殿。节气大寒。事实上,水瓶座的性格是12个星座中最不可预测的一个。原因是连水瓶座自己都不懂自己。崇尚自由的水瓶座人,外表冷漠热情。你不会认为他是一个冷漠的人,也不会认为他是一个热情的人,总是觉得他的天真和世故交织在一起。这完全是因为他保守的性格。你不容易看到一个瓶子把自己打碎,但一旦你看到它,相信他真的想打碎它。不要试图拼凑他,只能期待碎瓶的重生。以保守的性格追求自由、开放和进步,陷入温暖主义泥潭的水瓶座,容易反掌。然而,由于内外背道而驰,他反思自己和世界的能力与日俱增。有几个宇宙星座88个仙女座Andromedada唧筒座Antlia2066年天燕座Apus宝瓶座Aquarius天鹰AquilaAra,天坛座Aries白羊座皇夫座Auriga牧夫座BootesCaelum雕具座鹿豹Camelopardaliss巨蟹座Cancercanesvenaticici大狗座CanisMajor小狗座Canisminor摩羯座Capricornus船底座Carina仙后座Cassiopeia半人马座Centaurus仙王座Cepheus鲸鱼座Cetuselchan圆规座Circinus天鸽Columbaba后发座ComaBerenice南冕Coronaaustralis北冕CoronaBorealisis乌鸦座Corvus巨爵座CraterCrux,南十字座Cygnus天鹅座海豚的Delphinus剑鱼座Dorado天龙座Draco小马座Equleus波江座EridanusFornax天炉座双子座Gemini天鹤座Grus武仙座HercuseHorologium被水瓶吃得死死的星座Hydra,长蛇座水蛇座HydrusIndus印第安座蝎虎的Lacertatata狮子座LEO小狮子LeoMinorLepus天兔座Libra,天秤座豺狼LupusLynx天猫座Lyra,天琴座山案座MensaMicroscopiumm显微镜座Monoceros,麒麟苍蝇座MuscaNorma矩尺座Octans南极座蛇夫座Ophushus猎户座OrionPavo孔雀座飞马座Pegasus英仙座Perseus凤凰座Phoenixx画架座Pictor双鱼座Pisces南鱼座PiscisaustrinusPuppis船尾座Pyxis罗盘座ReticumulSagittata天天箭座人马座Sagittarius天蝎座Scorpius玉夫座SculptortorScutum盾牌座巨蛇座(头)Serpens巨蛇座(尾)Sextans六分仪座Taurus金牛座Telescopium望远镜座Triangulum三角座TriangulumAustaleTucana南三角座杜鹃座Ursamarjor大熊座Ursaminor小熊座VelaVirgo船帆座室女座Volans飞鱼座Vulpeculal这些星座被称为黄道12星座摩羯座(12/22-1/19)Capricorn水瓶座(1/20-2/18)Aquarius双鱼座(2/19-3/20)Pisces牡羊座(3/21-4/20)Aries金牛座(4/21-5/20)Taurus双子座(5/21-6/21)Gemini巨蟹座(6/22-7/22Cancer狮子座(7/23-8/22)Leo处女座(8/23-9/22Virgo天秤(9/23-10/22)Libra天蝎(10/23-11/21)Scorpio射手座(11/22-12/21)Sagittarius
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