宇宙(zhou)学的(de)(de)标准模(mo)型(xing)被称为LCDM模(mo)型(xing)。这里,CDM代表冷暗(an)物(wu)质(zhi),它构成了宇宙(zhou)中的(de)(de)大(da)部(bu)分物(wu)质(zhi),L代表Lambda,它是广义相对(dui)论中用来(lai)表示暗(an)能量或宇宙(zhou)膨胀的(de)(de)符号。虽(sui)然(ran)我们(men)的(de)(de)观测证据在很大(da)程度上支持LCDM模(mo)型(xing),但也存(cun)在一些问题。其中最令人烦恼(nao)的(de)(de)是宇宙(zhou)张力。

它(ta)(ta)的(de)中心(xin)是我们(men)(men)对哈勃常(chang)数的(de)测(ce)量(liang),它(ta)(ta)告诉我们(men)(men)宇(yu)宙(zhou)(zhou)随时间膨胀的(de)速(su)率(lv)。有(you)很多方法可以测(ce)量(liang)哈勃常(chang)数,从遥远(yuan)的(de)超新星(xing)的(de)亮度,到星(xing)系团,到宇(yu)宙(zhou)(zhou)背(bei)景(jing)的(de)波(bo)动,再到微波(bo)激光。所有(you)这(zhei)些(xie)方法都(dou)有(you)优点(dian)和缺(que)点(dian),但(dan)如(ru)果我们(men)(men)的(de)宇(yu)宙(zhou)(zhou)学模(mo)型是正确的(de),它(ta)(ta)们(men)(men)都(dou)应该在不确定性的(de)范(fan)围内达成(cheng)一致(zhi)。

哈勃测量(liang)值(zhi)不一致。信贷:温迪·弗里德(de)曼

问题是(shi),他们不(bu)(bu)同意。早在(zai)宇宙学(xue)的(de)(de)(de)早期(qi),我们测(ce)量的(de)(de)(de)不(bu)(bu)确(que)定度是(shi)如此之大,以(yi)至于所(suo)有(you)这些结果都是(shi)重叠的(de)(de)(de),但(dan)是(shi)随(sui)着我们的(de)(de)(de)测(ce)量变得更好,很(hen)明(ming)显不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)方(fang)法给出的(de)(de)(de)哈(ha)勃常数(shu)值(zhi)略有(you)不(bu)(bu)同。在(zai)礼貌的(de)(de)(de)陪伴下(xia),天文(wen)学(xue)家说这些价值(zhi)观之间存在(zai)着紧(jin)张关系。

这种紧张(zhang)意味(wei)着(zhe)要(yao)么我(wo)们(men)的(de)(de)测量有(you)(you)点偏差,要(yao)么我(wo)们(men)的(de)(de)模型有(you)(you)问(wen)题(ti)。这使得一(yi)些(xie)天文学(xue)家提(ti)出(chu)了我(wo)们(men)模型中一(yi)些(xie)缺失的(de)(de)方面,比如中微(wei)子的(de)(de)质量如何重新调(diao)整我(wo)们(men)的(de)(de)哈(ha)(ha)勃(bo)数值。但是,随着(zhe)哈(ha)(ha)勃(bo)常数的(de)(de)新测量不断(duan)出(chu)现,紧张(zhang)局势似乎越来越严(yan)重。现在温迪·弗里德曼的(de)(de)一(yi)篇新论(lun)文认(ren)为,张(zhang)力问(wen)题(ti)并没有(you)(you)那(nei)么严(yan)重,而且随着(zhe)下一(yi)代望远(yuan)镜给我(wo)们(men)提(ti)供更好的(de)(de)数据,张(zhang)力很可能会减弱。

从(cong)目前的情(qing)况来(lai)看,哈勃值中的主(zhu)要张力来(lai)自于(yu)依(yi)(yi)赖于(yu)宇(yu)宙距离阶梯的方法,比如超新星观(guan)测,以及不依(yi)(yi)赖于(yu)宇(yu)宙微波背景(CMB)的方法。

在CMB涨落中(zhong),你基本上测量了温度微小(xiao)变(bian)化最(zui)普遍的(de)尺度,并将其(qi)与我(wo)们今天看到(dao)的(de)星系团进行比较(jiao)。这给了你一个衡量宇宙膨胀的(de)尺度。这种方法的(de)缺点是(shi)CMB光是(shi)我(wo)们能(neng)观察到(dao)的(de)最(zui)远的(de)光。它的(de)大部分已经(jing)通过气体和尘埃到(dao)达我(wo)们这里(li),因此很难区分波(bo)动是(shi)宇宙背(bei)景固(gu)有的(de),还是(shi)由于尘埃阻挡了一些光线。

对于超(chao)新(xin)星(xing)(xing),你将(jiang)观(guan)察到的(de)Ia型(xing)超(chao)新(xin)星(xing)(xing)的(de)亮度(du)(du)与其实(shi)际(ji)亮度(du)(du)进行比较(jiao)。由于较(jiao)远的(de)物(wu)体比较(jiao)近的(de)物(wu)体显得更(geng)暗,你可以用(yong)这(zhei)个比较(jiao)来(lai)(lai)(lai)测量(liang)(liang)遥远的(de)星(xing)(xing)系距离(li)(li)。不幸的(de)是,要知(zhi)道(dao)超(chao)新(xin)星(xing)(xing)的(de)实(shi)际(ji)亮度(du)(du),只有知(zhi)道(dao)距离(li)(li)才能知(zhi)道(dao)。因此天(tian)文学家利用(yong)造父变星(xing)(xing)等其他方法来(lai)(lai)(lai)测量(liang)(liang)到附近星(xing)(xing)系的(de)距离(li)(li),利用(yong)对这(zhei)些星(xing)(xing)系中超(chao)新(xin)星(xing)(xing)的(de)观(guan)测来(lai)(lai)(lai)确定(ding)它们的(de)亮度(du)(du),然后利用(yong)这(zhei)些来(lai)(lai)(lai)测量(liang)(liang)更(geng)遥远的(de)星(xing)(xing)系。这(zhei)样就形成了距离(li)(li)观(guan)察的(de)阶梯。

红巨星(xing)可能会解决宇宙的(de)紧张(zhang)局势。学分:ESO/M。科(ke)恩迈瑟

在这(zhei)篇(pian)新的(de)(de)(de)(de)论文中(zhong),弗里德曼指出(chu)造父变数并(bing)不是(shi)我们(men)(men)(men)认(ren)为的(de)(de)(de)(de)标准。相比之下,红(hong)(hong)巨星(xing)可(ke)以用(yong)来(lai)测量距(ju)离,因为它们(men)(men)(men)在褪(tun)色前有一(yi)(yi)个(ge)一(yi)(yi)致的(de)(de)(de)(de)最(zui)大亮(liang)度。当(dang)使用(yong)宇宙(zhou)距(ju)离阶梯中(zhong)的(de)(de)(de)(de)红(hong)(hong)巨星(xing)时(shi),超新星(xing)方(fang)法(fa)给出(chu)的(de)(de)(de)(de)哈(ha)勃值(zhi)与CMB方(fang)法(fa)更为一(yi)(yi)致。在弗里德曼看来(lai),随着(zhe)新的(de)(de)(de)(de)望远镜给我们(men)(men)(men)提供了对(dui)造父变星(xing)和(he)红(hong)(hong)巨星(xing)更精确的(de)(de)(de)(de)观测,差(cha)距(ju)将(jiang)进一(yi)(yi)步(bu)缩小。

宇宙学中的(de)张力问题(ti)并没有得到解决。但也许最终这(zhei)并不是什么问题(ti)。不管怎样,弗(fu)里(li)德(de)曼绝对正确(que),更(geng)多的(de)观察和更(geng)好的(de)数(shu)据是解决方案。