新研究揭示：本地宇宙膨脹速度可能比此前認為的更慢

IT之家 3 月 17 日消息，科學家發(fā)現(xiàn)，本地宇宙（The local universe）的膨脹速度可能比此前認為的更慢。這一分別由兩項獨立研究得出的發(fā)現(xiàn)，有望緩解宇宙學中最令人困擾的難題之一 —— 哈勃張力。

據(jù)IT之家了解，哈勃常數(shù)是以天文學家埃德溫 · 哈勃命名的物理量，他在 20 世紀初發(fā)現(xiàn)宇宙正在膨脹，而哈勃常數(shù)正是描述宇宙膨脹速率的參數(shù)。

哈勃張力的矛盾在于：對本地宇宙的觀測，得到的哈勃常數(shù)值，與通過宇宙微波背景（CMB）推算出的數(shù)值并不一致。宇宙微波背景是宇宙大爆炸后不久發(fā)出的第一縷光。天文學家先測量宇宙微波背景，再通過標準宇宙學模型 —— 即 Λ 冷暗物質(zhì)（ΛCDM）模型，向前推演，得到哈勃常數(shù)。

即便這兩種測量手段精度不斷提升，這一差異依然存在。這一問題令人不安，因為這暗示我們描述宇宙的物理“配方”中，可能缺失了某種關(guān)鍵成分。因此，許多天文學家認為，需要第三種測量方法來彌合這一分歧，或至少解釋其成因。

兩項新研究提出了一種測量近域宇宙膨脹的新方法：通過分析鄰近的兩個星系群的運動來測算。這些星系群內(nèi)的星系，一方面被彼此的引力束縛，另一方面又被其所在空間拉伸產(chǎn)生的宇宙流所拖拽分離。

兩項結(jié)果均顯示，我們附近的宇宙膨脹速度比此前估算的更慢。這一新方法不僅讓近域宇宙的哈勃常數(shù)測量值，與利用宇宙微波背景和 ΛCDM 模型得到的結(jié)果更為接近，還表明解釋宇宙觀測和星系動力學所需的暗物質(zhì)更少。

研究團隊通過分析兩個星系群得出結(jié)論：半人馬座 A 星系群（除銀河系本星系群外離我們最近的星系群之一）和 M81 星系群。

研究人員并未使用近鄰 Ia 型超新星觀測，也沒有借助代表宇宙第一縷光的宇宙微波背景來測量哈勃常數(shù)，而是利用這些星系群在引力吸引與宇宙膨脹排斥的平衡作用下的運動進行測算。

天文學家發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成半人馬座 A 星系群的數(shù)十個矮星系，實際上并非由同名的巨大橢圓星系主導；相反，該星系與星系群中的 M83 星系形成了雙星系統(tǒng)。

而 M81 星系群的核心早已被認為是一對雙星系統(tǒng)（M81 與 M82）。新研究顯示，盡管該星系群結(jié)構(gòu)規(guī)整，但其約 100 萬光年的內(nèi)部區(qū)域，相對于更廣闊的外圍環(huán)境傾斜了約 34 度。在約 1000 萬光年的尺度上，M81 星系群的朝向，與一片延伸至半人馬座 A 星系群的巨大片狀物質(zhì)結(jié)構(gòu)相一致。

兩個科研團隊還發(fā)現(xiàn)，這兩個星系群不僅環(huán)境相似，而且群內(nèi)最亮星系的質(zhì)量占了總質(zhì)量的絕大部分。因此，星系群內(nèi)所有星系的運動，都可以看作是這些亮星系的引力與宇宙膨脹帶來的宇宙流共同作用的結(jié)果。

這意味著，與宇宙模擬的預測相反，星系群并不需要被一個巨大、包裹一切的暗物質(zhì)暈所包圍并施加引力影響。

這對哈勃常數(shù)意味著什么？

哈勃常數(shù)的單位是千米 / 秒 / 百萬秒差距（km/s/Mpc），1 百萬秒差距約等于 330 萬光年。

目前：

• 用局部 Ia 型超新星測算：哈勃常數(shù)約為 73 km/s/Mpc
• 用宇宙微波背景測算：哈勃常數(shù)約為 68 km/s/Mpc
• 而本次研究團隊得出的哈勃常數(shù)為 64 km/s/Mpc。

這表明，哈勃張力的部分成因，來自科學家測量哈勃常數(shù)的方法本身。

這也意味著，無需引入某種未知的宇宙新成分就能消除哈勃張力 —— 用我們現(xiàn)有的物理“配料”，就足以完善這一宇宙模型。

當然，這一方法要顛覆現(xiàn)有理論范式，仍有很長的路要走。目前該技術(shù)僅應用于兩個局部星系群，哈勃張力在未來一段時間內(nèi)，仍將是天文學家的一大難題。

這項研究的下一步，是將這一星系群研究方法推廣到更廣闊的近域宇宙。當 4 米多目標光譜望遠鏡（4MOST）下一次數(shù)據(jù)發(fā)布，提供更遠距離星系群的觀測數(shù)據(jù)時，這一目標有望實現(xiàn)。

該團隊的研究成果已以兩篇論文的形式，發(fā)表在《天文學與天體物理學》（Astronomy & Astrophysics）期刊上。