親子觀星會

哈伯望遠鏡對宇宙膨脹的最精確測量
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https://read01.com/2deJj7n.html#.YodvaVl-Wcw

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https://www.cnbeta.com/articles/science/1271739.htm  

在过去的几十年里，对这些物体的测量使天文学家能够计算出哈勃常数约为每秒每兆秒差距 (/s/Mpc) 70 公里（43.5 英里）。从本质上讲，距离地球 1 兆秒差距（约 330 万光年）的星系将以每秒 70 公里的速度移动，并且每离开 1 兆秒差距，该速度就会以 70 公里/秒的速度增长。

对于这项新研究，一组科学家现在已经收集并分析了迄今为止最全面的这些天体目录，以对哈勃常数进行最精确的测量。这是通过研究包含造父变星和 Ia 型超新星的 42 个星系来完成的，正如哈勃望远镜在过去 30 年中所拍摄的那样。

该团队的首席科学家亚当·里斯说：“这就是哈勃太空望远镜的目的，使用我们所知道的最好的技术来做到这一点。这可能是哈勃的代表作，因为它还需要 30 年的时间。哈勃望远镜的寿命甚至可以使这个样本量翻倍”。

根据这项工作，该团队计算出的哈勃常数为 73 公里/秒/Mpc（45.4 英里），给或仅 1 公里/秒/Mpc（0.6 英里）。这将不确定性降低到仅 1.4%，远比其他测量准确。这种新的精度可以帮助天文学家改进宇宙学模型，包括更好地估计宇宙的年龄及其未来可能会发生什么。

https://www.cnbeta.com/articles/science/1271893.htm

https://technews.tw/2022/05/23/sh0es-hubble-space-telescope-universe-expansion-rate/ 

哈伯太空望遠鏡的全新「代表作」於近日發表，集結升空逾 30 年對宇宙膨脹速度最精確的測量數據，確認哈伯常數（宇宙膨脹率）與預測值有極大出入：局部區域測量結果更大，大爆炸後微波背景輻射的測量數值則較小。也許兩個數字都沒錯，因為當中可能有全新物理機制摻合。

天文學家於 1920 年代開始探索宇宙膨脹，並在 1998 年促成發現加速宇宙膨脹的「暗能量」神祕排斥力。

太空望遠鏡科學研究所（Space Telescope Science Institute，STScI）天文學家、2011 諾貝爾物理學獎得主之一亞當·黎斯（Adam Riess）領導了名為 SH0ES 的科學合作計畫，旨在研究宇宙膨脹率，而這也是哈伯太空望遠鏡當年配上所有最優秀技術升空的目標之一。

為了測量代表宇宙膨脹率的哈伯常數，天文學家研究起已知亮度物體與我們的距離，銀河系附近主要以明亮且脈動模式可預測的造父變星為觀測對象，較遠方則以具有明確峰值亮度的 Ia 型超新星為主。

過去數 10 年，對這些物體的測量讓天文學家算出哈伯常數約為 67.80 ± 0.77 km/s/Mpc，或者說距離地球約 330 萬光年的星系以每秒 70 公里速度遠離。
精確測量值比理論預測值還大

近日，NASA 釋出哈伯望遠鏡全面觀測 42 個含有造父變星與超新星的星系圖像，可稱為哈伯望遠鏡此生代表作，因為我們需要再過 30 年才能使樣本量增加 1 倍。

根據新研究結果，團隊計算出哈伯常數為 73 km/s/Mpc，不確定性降低至僅 1.4%，遠比其他測量準確。這種精度可以幫助天文學家改進宇宙學模型、估計宇宙年齡及未來可能發生什麼事。

不過宇宙學標準模型預測哈伯常數約 67.5 km/s/Mpc，且得到普朗克衛星對大爆炸後微波背景輻射觀測結果的支持，與團隊的精確測量值相差甚大，鑑於哈伯望遠鏡樣本量極大，出錯機率僅百萬分之一，這種差異很可能與宇宙中所處位置有關──在我們附近的局部區域哈伯常數較大，而在遙遠宇宙一方較小。

最簡單的解釋是其中一方觀測與分析方法出現失誤，但也可能出現分歧的哈伯常數是正常現象，也就是有另一新物理學機制從中影響著。詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡已快要投入正式科學觀測運作，屆時更強大的韋伯望遠鏡將能以更高解析度研究這些天體和星系。

新論文發表在《天文物理期刊》（The Astrophysical Journal）。

韦伯望远镜破解宇宙膨胀速度的差异之谜
https://scitechdaily.com/hubble-trouble-solved-webb-telescope-finally-cracks-the-universes-growth-mystery/
https://www.cnbeta.com.tw/articles/science/1503386.htm


科学家们一直对宇宙膨胀速度的差异感到困惑，但詹姆斯韦伯太空望远镜提供的更清晰的新数据可能最终会解开这个谜团。通过使用强大的红外仪器改进距离测量并分析爆炸的恒星和红巨星，研究人员已经将之前相互冲突的哈勃常数值统一起来

我们知道宇宙正在膨胀，但对其膨胀速度的测量却得出了不同的答案，这取决于我们观察的是早期宇宙还是现在的宇宙。如果两种测量方法都正确，那么这将挑战现代宇宙学的根本基础。

现在，詹姆斯韦伯太空望远镜提供的更新、更精确的数据为我们提供了新的视角——看起来宇宙可能并没有出现异常。

“这一新证据表明，我们的宇宙标准模型是成立的，”芝加哥大学温迪·弗里德曼教授说，她是有关这一膨胀率（即哈勃常数）的争论中的领军人物。

她说：“这并不意味着我们将来不会发现与模型不一致的东西，但目前哈勃常数似乎并不是这样。”

该研究结果发表在5月27日的《天体物理学杂志》上。

测量宇宙增长的两种方法

为了弄清楚宇宙膨胀的速度，科学家使用了两种主要技术。

第一项研究涉及宇宙大爆炸遗留下来的古老光。这种被称为宇宙微波背景的光至今仍在太空中传播，为我们提供了早期宇宙的快照。

弗里德曼专注于第二种方法——测量宇宙在当今更接近地球的膨胀速度。令人惊讶的是，这项任务难度更大。测量浩瀚宇宙尺度的距离极其复杂，需要仔细观察恒星和星系。

超新星和恒星基准

在过去的半个世纪左右，科学家们提出了许多测量相对较近距离的方法。一种方法是捕捉某一类恒星在其峰值亮度下（即在其生命末期爆发为超新星时）发出的光。如果我们知道这些超新星的最大亮度，测量它们的视光度就能计算出它的距离。额外的观测可以告诉我们发生超新星的星系远离我们的速度有多快。弗里德曼还开创了另外两种方法，利用了我们对另外两种恒星的了解：红巨星和碳星。

然而，在最终确定距离之前，必须对这些测量结果进行多项修正。科学家首先必须考虑宇宙尘埃，这些尘埃会使我们与其宿主星系中这些遥远恒星之间的光线变暗。他们还必须检查并修正宇宙时间中可能出现的光度差异。最后，还必须识别并修正用于测量的仪器中细微的测量不确定度。

但随着技术的进步，例如2021 年发射功能更强大的詹姆斯韦伯太空望远镜，科学家们已经能够逐渐改进这些测量方法。

“我们用于校准超新星的星系样本增加了一倍多，”弗里德曼说。“统计上的改进非常显著。这大大增强了结果的准确性。”

数字终于对齐

弗里德曼的最新计算综合了哈勃望远镜和詹姆斯韦伯太空望远镜的数据，得出的值为每秒每百万秒差距 70.4 公里，正负 3%。

这使得她的值与最近从宇宙微波背景中测量到的值在统计上一致，后者为 67.4，正负 0.7%。

韦伯望远镜的分辨率是哈勃望远镜的四倍，这使得它能够识别之前在模糊星群中发现的单个恒星。它的灵敏度也大约是哈勃望远镜的十倍，从而提供了更高的精度，甚至能够发现更暗淡的目标天体。

“我们真切地感受到詹姆斯·韦伯太空望远镜在精确测量星系距离方面的神奇功效，”论文合著者、劳伦斯伯克利实验室的泰勒·霍伊特说道。论文合著者、卡内基科学研究所的巴里·马多尔补充道：“利用它的红外探测器，我们可以穿透尘埃，而尘埃一直以来都阻碍着距离的精确测量，我们还能以更高的精度测量恒星的亮度。”

弗里德曼解释说，天体物理学家一直在试图提出一种理论来解释宇宙老化过程中膨胀速度的不同。

她说：“已经有超过 1000 篇论文试图解决这个问题，但结果却发现这极其困难。”

科学家们仍在努力寻找描述宇宙的标准模型中的漏洞，这或许能为两大未解之谜——暗物质和暗能量——的本质提供线索。但哈勃常数似乎越来越不适合作为研究对象。