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宇宙膨胀的速度,一个重要的数值,天文学家们给出两种答案

时间:2019-11-21 10:41:40 来源:金沙棋牌 阅读:4003275次

20世纪初,Besto Slipher对螺旋状星云的观测让他得出了这样的结论:除了少数螺旋状星云(例如仙女座)外,其他大多数都在远离地球。Edwin Hubble(艾德温?哈勃)在1925年发现仙女座造父变星时,证实了螺旋状星云其实是独立的星系。

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图解:从史匹哲太空望远镜拍摄到的螺旋星云的红外线影像

这些脉动的恒星遵循“周期-光度”定律——光的变化时间越长,该恒星越亮,这使得大家可以确定他们之间的距离。哈勃发现仙女座离大家的星系太远,无法成为大家星系的一部分。这证实了其他天文学家先前的怀疑:螺旋星云其实是独立的星系。

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图解:螺旋星云是一个位于宝瓶座的行星状星云,距地球约700光年。它是最接近地球的行星状星云之一,于1824年被卡尔·路德维希·哈丁发现。

利用来自Slipher和其他人的数据,Georges Lema?tre在1927年初步确定星系离得越远,远离大家的速度越快。但是,他用法语发表了他的论文,并没有广为流传。哈勃在1929年独立(与更好的数据一起)地发表了同样的关系,他通常是认为是发现了现在被称为“哈勃–勒梅特定律”的东西而备受嘉奖。他用方程v=H0d来表达这个定律,其中v是目标星系的速度(单位:千米/秒),d是目标星系与地球的距离(单位:兆帕秒),这里一兆帕秒相当于325万光年。

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图解:哈勃常数的三个步骤。

H0是一个常量,单位是千米每秒每兆帕秒。这意味着地球和目标星系之间每相隔百万分之一秒,星系的速度(单位:千米/秒)就会增加这一个常数。这个速度其实并不是应河西穿越太空的速度,而是对宇宙空间自我膨胀的一个度量。

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图解:哈勃常数的估计值,2001-2019年。黑色的估计值代表校准的距离阶梯测量值,红色代表早期宇宙的CMB/BAO测量值,∧cdm参数,蓝色代表独立测量值。

通过证明发现,确定H0的确切数值是困难的,大部分原因归结于出单量目标星系距离的不确定性。由于计算距离中产生的误差,哈勃最初设定的值为500km/s/Mpc,但是天文学家很快将这个数值缩小到50到100km/s/Mpc之间。

目前天文学家对于H0这个常量有两个互相矛盾的值。利用哈勃太空望远镜通过观测造父变星来确定到遥远星系的距离,这个项目测出的值为78.3km/s/Mpc(误差正负2.4km/s/Mpc)。但这个值与普朗克航天器对宇宙微波背景(CMB)的测量值略微有些不同,它的值为67.80(误差正负0.77)。天文学家目前还不知道这种差距为什么存在。

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图解:根据WMAP对宇宙微波背景辐射的观测所绘制的图像。

相关天文常识

造父变星的成员是一种非常明亮的变星,其变光的光度和脉动周期有着非常强的直接关联性。造父变星是建立银河和河外星系距离标尺的可靠且重要的标准烛光。 造父变星分成几个子类,表现出截然不同的质量、年龄、和演化历史:经典造父变星、第二型造父变星、异常造父变星、和矮造父变星。

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图解:船尾座RS是银河系中最亮的造父变星之一,由哈勃空间望远镜拍摄

在物理宇宙学里,哈勃–勒梅特定律指遥远星系的退行速度与它们和地球的距离成正比。这条定律原先称为哈勃定律,以证实者埃德温·哈勃的名字命名;2018年10月经国际天文联合会表决通过更改为现名,以纪念更早发现宇宙膨胀的比利时天文学家乔治·勒梅特。它被认为是空间尺度扩展的第一个观察依据,今天经常被援引作为支撑大爆炸的一个重要证据。

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图解:宇宙的最终命运和宇宙的年龄,可以取决于测量现今的哈勃常数和推断减速参数的观测值,此参数特具密度参数值(Ω)的特征。所谓的“封闭宇宙”(Ω>1)即将在一次“大紧缩”(Big Crunch)后结束,比哈勃年龄年轻。“开放宇宙”(Ω≦1)永远都在扩张且具有较接近哈勃年龄的年龄。大家所居住的宇宙为“加速宇宙”(accelerating universe),其年龄正巧非常接近哈勃年龄。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. 林语墨- skyandtelescope

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