解开哈勃麻烦之谜：中子星碰撞照亮了宇宙的膨胀

尼尔斯·玻尔研究所建议使用千新星(合并中子星的爆炸)来解决测量宇宙膨胀率的差异。初步结果很有希望，但需要更多的病例来验证。

近年来，天文学陷入了一些危机:尽管我们知道宇宙在膨胀，尽管我们知道宇宙膨胀的速度有多快，但测量这种膨胀的两种主要方法并不一致。现在，尼尔斯玻尔研究所的天体物理学家提出了一种新方法，可能有助于解决这种紧张关系。

宇宙膨胀

大约100年前，埃德温·哈勃和其他天文学家测量了周围一些星系的速度，我们就知道了这一点。宇宙中的星系被这种膨胀“带走”彼此远离，因此彼此后退。

两个星系之间的距离越大，它们分开的速度就越快，而这种运动的精确速度是现代宇宙学中最基本的量之一。描述膨胀的数字被称为“哈勃常数”，出现在宇宙及其组成部分的众多不同方程和模型中。

星系在太空中相当静止，但空间本身却在膨胀。这导致星系以不断增加的速度远离彼此。不过，到底有多快还是个谜。信贷:ESO / L。Calcada。星系在太空中相当静止，但空间本身却在膨胀。这导致星系以不断增加的速度远离彼此。不过，到底有多快还是个谜。信贷:ESO / L。Calcada

哈勃的麻烦

因此，为了了解宇宙，我们必须尽可能精确地知道哈勃常数。有几种测量方法;这些方法相互独立，但幸运的是，它们给出了几乎相同的结果。

也就是说，几乎……

原则上，最直观的理解方法与埃德温·哈勃和他的同事一个世纪前使用的方法相同:定位一群星系，并测量它们的距离和速度。实际上，这是通过寻找有爆炸恒星的星系来实现的，也就是所谓的超新星。另一种分析所谓宇宙背景辐射不规则性的方法补充了这种方法;一种古老的光形式，可以追溯到宇宙大爆炸后不久。

这两种方法——超新星法和背景辐射法——给出的结果总是略有不同。但任何测量都有不确定性，几年前的不确定性足够大，我们可以把这种差异归咎于这些不确定性。

图片的左半球显示了第谷·布拉赫在1572年发现的超新星的膨胀残骸，这是在x射线中观测到的。Warren & J.Hughes等人)。右边是宇宙背景辐射的地图，来自半边天空，用微波观测到。来源:NASA/WMAP科学小组

然而，随着测量技术的改进，不确定性已经减少，我们现在已经达到了一个可以高度自信地说两者都不可能正确的程度。

这个“哈勃麻烦”的根源——无论是未知的影响系统地影响了其中一个结果，还是它暗示了尚未发现的新物理学——是目前天文学最热门的话题之一。

哈勃望远镜nstant差异

宇宙的膨胀是用“每距离速度”来衡量的，每百万光年的速度略高于20公里/秒。这意味着距离我们1亿光年的星系以2000公里/秒的速度远离我们，而距离我们2亿光年的星系以4000公里/秒的速度远离我们。

然而，使用超新星测量星系的距离和速度的结果为22.7±0.4 km/s，而分析宇宙的背景辐射的结果为20.7±0.2 km/s。

关心这样一个小小的分歧可能听起来很挑剔，然而，它可能非常重要。例如，这个数字出现在宇宙年龄的计算中，两种方法分别得出了128亿年和138亿年的年龄。

千谱:一种新的测量方法

最大的挑战之一是准确地确定到星系的距离。但在一项新的研究中，哥本哈根尼尔斯玻尔研究所宇宙黎明中心天体物理学博士生Albert Sneppen提出了一种测量距离的新方法，从而有助于解决持续的争议。

“当两颗超紧凑的中子星——它们本身就是超新星的残余物——相互环绕并最终合并时，它们会在新的爆炸中爆炸;这就是所谓的kilonova，”Albert Sneppen解释道。“我们最近展示了这种爆炸是如何重新明显对称的，事实证明这种对称不仅很漂亮，而且非常有用。”

在刚刚发表的第三项研究中，这位多产的博士生表明，尽管千新星很复杂，但它们可以用单一的温度来描述。事实证明，千新星的对称性和简单性使天文学家能够准确地推断出它们发出的光的数量。

研究人员将这种亮度与到达地球的光量进行比较，就可以计算出千新星离地球有多远。因此，他们获得了一种新的、独立的方法来计算到含有千新星的星系的距离。

Darach Watson是宇宙黎明中心的副教授，也是这项研究的合著者。他解释说:“超新星，到目前为止一直被用来测量星系的距离，并不总是发出相同数量的光。此外，它们首先要求我们使用另一种恒星来校准距离，即所谓的造父变星，而造父变星也必须进行校准。使用kilonovae，我们可以避免这些在测量中引入不确定性的复杂性。”

初步调查结果和未来步骤

为了证明其潜力，天体物理学家将该方法应用于2017年发现的千新星。结果是哈勃常数更接近背景辐射的方法，但千新星方法是否能解决哈勃的麻烦，研究人员还不敢表态:

“到目前为止，我们只进行了一个案例研究，在我们建立一个可靠的结果之前，还需要更多的例子，”Albert Sneppen警告说。“但我们的方法至少绕过了一些已知的不确定性来源，是一个非常‘干净’的研究系统。”它不需要校准，不需要校正因子。”

参考文献:Albert Sneppen, Darach Watson, Dovi Poznanski, Oliver Just, Andreas Bauswein和Rados?aw Wojtak, 2023年10月2日，天文学和天体物理学，“用千新星法测量哈勃常数”。0004 - 6361/202346306 DOI: 10.1051 /