2025年12月5日,宇宙学界炸了个大新闻,东京大学团队参与的国际研究,在《天文学与天体物理学》上发表了重磅成果。
他们用一种全新的方法测宇宙膨胀速度,结果和之前晚期宇宙的测量值对上了,反而跟早期宇宙的结果差得更远,这一下把本来就热闹的哈勃张力争议,推到了新高度。
简单说,哈勃张力就是科学家测宇宙膨胀速率时,两个主流方法得出的数对不上,一个测近邻天体,得出大概73的数值,一个测宇宙大爆炸的余晖,只得出67左右。
之前还有人觉得是某一方测量出了问题,现在这个新研究一出来,这种说法就站不住脚了。
宇宙“测速”新玩法:靠引力透镜的光线赛跑
这次研究用的方法叫“时间延迟宇宙学”,原理说起来挺巧妙,靠的是爱因斯坦预言的强引力透镜效应。
简单讲,就是当一个大星系挡在地球和遥远类星体中间时,星系的引力会像放大镜一样把类星体的光线掰弯,这些被掰弯的光线会走不同的路径,有的长有的短。
类星体本身会闪烁,就像宇宙里的信号灯,这些闪烁的光信号沿着不同路径跑,到达地球的时间就有了差异。
研究人员就是靠测这个时间差,再算清楚那个“放大镜”星系的质量分布,就能直接算出宇宙膨胀的速度。
本来想,这种方法会不会像传统方法那样有误差?后来发现,它完全不依赖传统的“距离阶梯”校准。
传统方法要靠造父变星、超新星一步步算距离,每一步都可能有偏差,这个新方法直接跳过了这些步骤,相当于用了一把全新的、独立的“尺子”来量宇宙,这次研究分析了8个这样的引力透镜系统,数据来源也很硬核。
詹姆斯?韦伯太空望远镜提供了高精度的红外光谱数据,还有甚大望远镜和凯克天文台的观测结果帮忙,这些设备联手,把之前最容易出错的星系质量建模问题解决了,让测量结果靠谱了很多。
这种全新的测量思路,我觉得是这次研究最有价值的地方,它不是在原有方法上修修补补,而是开辟了一条完全独立的路,这就像两个人用不同的工具测同一根绳子,结果一样,那这个结果的可信度就大大提高了。
新结果坐实争议:标准宇宙模型真的出问题了?
这次得出的哈勃常数,和测近邻天体的结果高度一致。这就意味着,之前两种方法的矛盾,不是某一方的测量误差造成的。
埃里克?帕伊奇就说,两种完全不同的方法都指向同一个结果,大大降低了测量失误的可能,反而说明我们现有的物理理论可能需要修正。
我们现在描述宇宙的标准模型,叫ΛCDM模型,它认为宇宙是由暗能量、暗物质和普通物质组成的,引力遵循广义相对论。
这个模型之前解释了很多宇宙现象,大家都觉得很靠谱。但现在问题来了,它没法同时解释早期和晚期宇宙的膨胀速度。
肯尼斯?黄就提出,可能在宇宙大爆炸后的极早期,存在某种我们还不知道的能量形式,或者有未知的粒子,甚至引力的性质和我们现在理解的有点不一样,这些未知因素导致宇宙早期的演化轨迹,和标准模型预测的不一样。
这种争议对科学发展来说不是坏事,正是因为有矛盾,才会有人去想新方法、做新研究,就像这次的时间延迟宇宙学,要是没有哈勃张力的争议,可能也不会发展得这么快。
不过现在的测量精度还不够完美,大概有4.5%的误差。研究人员说,要想彻底搞清楚,还得把精度提升到1%到2%。
目前最大的问题是样本太少,8个透镜系统虽然够支撑结论,但每个星系的质量分布都不一样,会带来一些模型上的不确定性。
好在未来有希望解决这个问题,鲁宾天文台很快就要投入使用了,它能一次性发现数以千计的新引力透镜系统。
到时候,研究人员可以通过分析大量样本,把单个星系的特殊性带来的误差平均掉,就能更精准地测出宇宙膨胀的真实速度。
要是未来的高精度观测,还是能确认现在的这个矛盾,那我们对宇宙的认知,可能就要迎来一次大改写了。
教科书里关于宇宙组成、演化历史的内容,都可能要重新写,这听起来有点颠覆,但对科学来说,这就是最让人兴奋的时刻。
说到底,2025年的这项研究,不是给哈勃张力的争议画了句号,而是画了一个更清晰的问号。它告诉我们,哈勃张力很可能是真实的物理现象,而不是测量误差。
接下来,就看新一代的观测设备和研究人员,能不能找到这个问号背后的答案了。
你觉得,这个矛盾的背后,是我们发现了新物理,还是还有什么我们没考虑到的测量问题?
编辑:陈方
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