哈勃发现宇宙的扩张速度超出了预期

该图显示了天文学家用来测量宇宙膨胀率的空前精确性的三个步骤，将总不确定性降低到2.4％。学分：NASA，ESA，A。Feild（STScI）和A.Riess（STScI / JHU）

天文学家使用NASA的哈勃太空望远镜发现，宇宙膨胀的速度比预期的快了5％到9％。

研究负责人和诺贝尔奖获得者亚当说：“这一令人惊讶的发现可能是理解宇宙中构成所有东西的95％且不发光的神秘部分的重要线索，例如暗能量，暗物质和暗辐射。”位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所和约翰·霍普金斯大学的里斯。

结果将发表在即将出版的《天体物理学杂志》上。

Riess的团队通过将宇宙当前的扩展速度提高到前所未有的准确性，从而将不确定性降低到仅2.4％，从而做出了这一发现。该团队通过开发创新技术进行了改进，这些创新技术提高了到遥远星系的距离测量的精度。

该团队正在寻找同时包含造父变星和Ia型超新星的星系。造父变星以与其真实亮度相对应的速率脉动，可以将其与从地球看到的视在亮度进行比较，以准确确定其距离。Ia型超新星是另一种常用的宇宙尺度，正在爆炸的恒星以相同的亮度爆发，并且足够明亮，可以从相对较长的距离看到。

通过测量19个星系中的约2,400个造父变星，并比较两种恒星的观测亮度，他们准确地测量了它们的真实亮度，并计算了遥远星系中大约300个Ia型超新星的距离。

研究小组将这些距离与空间的扩展进行了比较，该扩展是通过后退星系发出的光的拉伸来衡量的。他们使用这两个值来计算宇宙随时间扩展的速度或哈勃常数。

改进的哈勃常数值为每兆秒每秒45.5英里。（兆帕秒等于326万光年。）新值意味着宇宙物体之间的距离将在另外98亿年内翻倍。

但是，这种精确的校准存在一个难题，因为它与大爆炸后不久所看到的根据宇宙轨迹预测的膨胀率并不完全匹配。美国宇航局的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和欧洲航天局的普朗克卫星任务的产量预测值分别比哈勃常数小了5％和9％，从而对大爆炸的余辉进行了测量。

“如果我们知道宇宙中初始物质的数量，例如暗能量和暗物质，并且我们的物理学正确，那么您可以在大爆炸后不久进行一次测量，并利用这种理解来预测很快，宇宙应该在今天膨胀。”赖斯说。“但是，如果这种差异持续存在，似乎我们可能没有正确的理解，它将改变今天的哈勃常数应该有多大。”

Riess解释说，将宇宙的膨胀率与WMAP，Planck和Hubble进行比较就像在建造一座桥梁。在遥远的海岸上是早期宇宙的宇宙微波背景观测。在附近的海岸上，是Riess团队使用哈勃望远镜进行的测量。

Riess说：“您从两端开始，如果所有图纸都正确且尺寸正确，则您希望在中间相遇。”“但是现在目的并没有在中间碰到，我们想知道为什么。”

关于宇宙过快的速度，有几种可能的解释。一种可能性是，已知已经在加速宇宙发展的暗能量可能正在以更大的力量或不断增加的力量将星系彼此推开。

另一个想法是，宇宙在其早期历史中包含了一个新的亚原子粒子，该粒子以接近光速的速度行进。这样的快速粒子被统称为“暗辐射”，并且包括诸如中微子之类的先前已知的粒子。来自额外暗辐射的更多能量可能无法尽最大努力从大爆炸后的轨道上预测当今的膨胀率。

加速度的增加也可能意味着暗物质具有一些怪异的，意想不到的特征。暗物质是宇宙的中枢，星系在其上建立起如今所见的大型结构。

最后，更快的宇宙可能告诉天文学家爱因斯坦的引力理论是不完整的。

这项研究的主要合作者，德克萨斯大学农工大学的卢卡斯·麦克里（Lucas Macri）说：“我们对宇宙的黑暗部分知之甚少，衡量它们如何在宇宙历史上推动和拉动太空很重要。”

哈勃望远镜的观测是由哈勃锐利的广角相机3（WFC3）进行的，由状态方程（SH0ES）小组的超新星H0进行，该工作旨在将哈勃常数的精确度提高到允许的精度。以便更好地了解宇宙的行为。

SH0ES团队仍在使用Hubble进一步降低Hubble常数的不确定性，目标是达到1％的精度。当前的望远镜，例如欧洲航天局的盖亚卫星，以及未来的望远镜，例如詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST），红外天文台和宽视场红外勘测望远镜（WFIRST），也可以帮助天文学家更好地测量膨胀速度。

在1990年哈勃发射之前，哈勃常数的估算值相差2倍。在1990年代后期，“银河距离尺度”上的哈勃太空望远镜关键项目将哈勃常数的值修正为误差仅在10％以内，从而实现了望远镜的关键目标之一。自2005年开始工作以来，SH0ES团队已将哈勃常数的不确定性降低了76％。

研究报告的PDF副本：哈勃常数局部值的2.4％确定