一种新的天文学理论,用基于相对论的引力透镜来测量宇宙的膨胀速度。

发布时间:2020-11-20 20:00:51

来源:鹤壁热线

我们对宇宙膨胀的了解已有近一个世纪了。天文学家们注意到,来自遥远星系的光波比来自附近星系的波长短。光波似乎被拉伸,或发红,这意味着遥远的星系正在远离我们。

这种膨胀速率,称为哈勃常数,是可以测量的。一些超新星或爆炸恒星拥有难以想象的亮度;这样就可以估算出它们与地球的距离,并将其与红移或红移速度联系起来。每百万秒(每秒间隔3.3光年),星系以每秒73公里的速度增长。

爱因斯坦

然而,随着宇宙微波背景(宇宙早期的光残留物)被越来越精确地测量,哈勃常数就不同了:大约每秒67公里。

这怎么可能呢?为什么会有这样的差别?这种差异能告诉我们宇宙和物理学方面的一些新东西吗?莱顿物理学家大卫·哈维(DavidHarvey)说:这就是为什么第三种测量方法不依赖于前两种测量方法,已经进入了视野领域:引力透镜。

爱因斯坦的广义相对论预言,质量集中,如星系,可以像透镜一样弯曲光的路径。当一个星系面对一个明亮的光源时,光会在它周围弯曲,可以以不同的路径到达地球,提供来自同一光源的两张,有时是四张图像。

万有引力透镜测量宇宙膨胀原理视频,视频源物理网络。

1964年,挪威天体物理学家斯法瑞斯代尔经历了一个令人震惊的时刻:一条路径比另一条路径长,当透镜星系稍微偏离中心时。这意味着光穿过这条路径需要更长的时间。因此,当类星体的亮度发生变化时,在一幅图像中,光斑比另一幅图像更明显。差别可能是几天、甚至几周甚至几个月。

Refsdal说,这种时间差也可以用来确定离类星体和透镜的距离。通过将这些数据与类星体的红移进行比较,哈勃常数可以独立测量。

全息研究使用了六个这样的透镜将哈勃常数降至73个左右。然而,也存在一些复杂的现象:除了距离差之外,前景星系的质量也有延迟效应,这取决于质量的精确分布。这种不确定性限制了这项技术的准确性。

想象整个天空

2021年,一台新的望远镜看到了智利的第一束光束,这种情况可能会改变。卢宾别墅天文台致力于每隔几个晚上对整个天空进行成像,预计将拍摄数千颗双类星体,这为哈勃常数的进一步精确化提供了机会。

哈维说:问题是计算机不可能分别模拟所有的前景星系。因此,哈维设计了一种方法来计算1000个镜头的平均效果。

在这种情况下,引力透镜的个体差异就不那么重要了,你不需要模拟所有的透镜。你只需要确保你模拟整个星系团,哈维说。

在本文中,我证明了当接近数千颗类星体时,哈勃常数阈值的误差为2%。这个误差范围将允许对几个候选哈勃常数进行有意义的比较,并有助于理解差异。如果你想要小于2%,你必须用更好的模拟来改进你的模型。我想这是有可能的。