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H0LiCOW！測量哈伯常數發現，宇宙跟我們想的可能不一樣
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H0LiCOW計畫_以獨立方法測量「哈伯常數」新發現支持宇宙膨脹比目前預期快
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https://technews.tw/2017/01/26/hubble-constant-taiwan/
中研院前助研究員團隊以獨立方法測量「哈伯常數」 新發現支持宇宙膨脹

此計畫部分研究成果係於蘇游瑄任職中央研究院天文及天文物理研究所時期內完成。


(https://img.technews.tw/wp-content/uploads/2017/01/26170552/hubble-constant-taiwan-624x468.jpg)

（圖中將一共 5 個圖像剪貼在一起，是目前「透鏡效果」最好的 5 個重力透鏡類星體與其前景星系，它們也正是「H0LiCOW」計畫團隊所研究的主題。這些天體，讓該團隊用獨立測量方式取得了哈伯常數。他們算出來的宇宙膨脹比按現有宇宙模型算出來的預期值快。首圖來源：歐洲太空總署）

國際天文團隊以獨立的方法，使用星系為透鏡，用哈伯太空望遠鏡測量了宇宙膨脹速度，得到和之前測量鄰近宇宙膨脹速率一致的結果。然而耐人尋味的是，這些結果卻和測量早期宇宙膨脹速率的結果不一致，暗示我們對宇宙的了解，在關鍵核心上可能有根本問題。
哈伯常數，即宇宙膨脹率，是描述我們宇宙的幾個基本量之一。中央研究院天文及天文物理研究所訪問學者蘇游瑄，是中研院天文所前助研究員，目前任職於德國馬克斯普朗克天文物理研究中心及德國慕尼黑科技大學，率領「H0LiCOW」團隊（註 1），以包括哈伯太空望遠鏡在內的天文台（註 2）觀察 5 個星系，目標是以獨立的方法測量哈伯常數（註 3）。

新的測量方法完全獨立於其他測量鄰近宇宙哈伯常數的方法，結果卻與它們完全一致；其他測量方法採用造父變星和超新星為基準（參考哈伯影片 heic1611）。

不過，蘇游瑄團隊的結果以及以造父變星／超新星測量的數值，兩者卻都不同於普朗克衛星計畫的測量值，其中一項重要差異是：普朗克用觀測宇宙微波背景輻射的方法，測量的是早期宇宙的哈伯常數。

用普朗克測量數值給出的哈伯常數，雖符合我們目前對宇宙的認知，一些天文學者在鄰近宇宙測量出來的數值，卻和這目前獲大家接受的宇宙理論模型歧異。對此，蘇游瑄進一步說明，「宇宙膨脹率現在已經開始透過不同方式在精確地測量，這些歧異有可能帶出新的物理，超乎我們現有宇宙知識。」
http://astronomynow.com/2017/01/30/cosmic-lenses-support-finding-on-faster-than-expected-expansion-of-the-universe/
(http://astronomynow.com/wp-content/uploads/2017/01/heic1702a.jpg)

位於影像正中央的 HE0435-1223，是目前已取得 5 個最佳重力透鏡類星體的其中一個。在前景星系周圍產生了來自遙遠類星體的 4 個影像，幾乎呈現均勻分布。（Source：歐洲太空總署）

這項研究的主題是地球和遙遠類星體之間的大質量星系。類星體是超級明亮的星系核，從遠端類星體所發出的光，在途經大質量星系時受強重力透鏡作用（註 4）會在大質量星系四周遭到彎曲變形。這使得位在背景的類星體，會有好幾個分身影像產生，有些會瀰散拉長變形成弧狀。

因為星系重力造成的變形並不呈完美球對稱，而且透鏡星系和類星體也不總是剛好對齊，從後方類星體產生出來的幾個分身影像所走的光路長短，也略有不同，加上類星體的光度還會隨著時間而起伏變化，所以，天文學家能看到這些影像於不同時間點閃爍的情形，閃爍間延遲多久，則取決於光路徑的長短。這樣的時間延遲，和哈伯常數直接相關。該研究計畫的另一位共同主持人，瑞士 EPFL 的研究員 Frédéric Courbin 說明：「我們這種方法是最簡單而直接的哈伯常數測量，因為只用到幾何和廣義相對論，不需要其他假設。」

透過精確測量不同影像的閃爍時間差，加上電腦模型，該團隊取得了非常準確的哈伯常數，精準到誤差度竟只有 3.8%（註 5）。EPFL 的 Vivien Bonvin 認為「精準測量哈伯常數，是當今宇宙學奪獎呼聲最高的幾個項目之一。」蘇游瑄補充：「哈伯常數對現代天文學至關重要，因為它能協助我們去證實反駁『宇宙是由暗能量、暗物質和普通物質組成』──這樣的宇宙認知，到底是否正確，或者是我們還少了某些關鍵。」

http://pansci.asia/archives/114189
哈伯常數（H0），是貫穿整個宇宙學研究領域的基本數值，可以用來說明宇宙膨脹得多快、估算宇宙年齡、宇宙的體積大小、宇宙裡有多少暗物質。

(http://pansci.asia/wp-content/uploads/2017/02/42a61538f888c4f4325d23b5069aa5fb-560x229.jpg)
這張照片居中的 HE0435-1223，素以「得到很漂亮的重力透鏡效果」聞名。圖像顯示的是 HE0435-1223 和它周圍的 4 個「分身」影像──因為碰上了宇宙中的透鏡而產生「分身」。扮演「宇宙透鏡」的星系質量很大，重力很強。和眼鏡店裡的那些鏡片類似，「宇宙透鏡」把位在其正後方的 HE0435-1223 類星體所發出光線之光路改變。

順便一提，HE0435-1223 是這 4 個「分身」的「本尊」，中間的透鏡星系不是本尊，是質量特別大的星系，負責提供透鏡效果，前者稱為背景星系，後者稱為前景星系，較遠的在後，較近的在前。但是，因為角度的關係，圖中並無法分辨出孰為前景或背景。

就是這樣的「透鏡系統」，最近成為測量宇宙膨脹的最新工具。


LiCOW 測量哪些東西？

重力透鏡現象是在宇宙中，三點排成一直線的偶然結果。首先，三點的其中一個是地球；位於地球和最遠那一點的中間者，通常是質量比較大的天體（譬如星系），也稱為「前景」星系；三點中最遠的，則稱為「背景」星系，本身是極為明亮的天體，所發出的光，在經過前景大質量星系周圍時，大質量星系的重力場會讓經過它的光就像穿過一片玻璃透鏡一樣，光的路徑也會發生改變。這個過程有時還能把遠端明亮天體的影像複製出好幾個分身影像。

H0LiCOW 這項計畫（註 1），廣泛使用許多知名的地面型及太空望遠鏡（註 2）觀測到的透鏡星系圖像，用在哈伯常數的測量上。

究竟此團隊掌握什麼獨家技巧能做這樣的測量呢？原來，他們的想法是這樣，重力透鏡影像之產生，其實都存在著一些參數：「前景透鏡星系在形狀上的差異」、「遠端背景光源位置並不總是剛好對齊在正中央」等，因這些參數不同，遠端光線從一開始出發到抵達，途中走的路徑都不一樣，結果各自抵達地球也就有了時間差。


https://youtu.be/h-ISrSrFTKY?t=92

至於遠端光源，因為類星體的特色使然（H0LiCOW 計畫中的遠端光源都是「類星體」）：能量強、很明亮、變化規律，天文學家經年累月觀測它們規律地閃爍，這種閃爍的特性，在每個受到透鏡作用的「分身」影像上，都一樣可以辨認得到。於是，這就可以用於確認每個分身影像抵達地球的時間差是多少，更重要的是，這樣的差異數值，直接和哈伯常數相關。

瑞士 EPFL 研究員 Frédéric Courbin 在團隊共同發布新聞稿中表示，H0LiCOW 團隊的這種方法，在目前用來測量哈伯常數的一些方法中，是最簡單又最直接的一種，因為只用到幾何學和廣義相對論，不需要用到其他假設。值得一提的是，這個結果的精確率達到 3.8%。德國馬克思–普朗克天文物理研究中心蘇游瑄團隊相信，未來的巡天觀測計畫將持續找到成百上千的更多重力透鏡類星體，重力透鏡時間差用於測量哈伯常數的這個方法非常有競爭力，得到的哈伯常數可望達到 1% 的準確度。
哈伯常數是多少？

H0 的單位是公里/秒/每百萬秒（km/s/Mpc）差距，百萬秒差距是一種天文學所使用的距離尺度，1 百萬秒差距等於 326 萬光年。H0 的公式看起來很簡單，即 H0＝速度／距離，此速度是星系在直線上的遠離速度，因為宇宙在膨脹，所以遠方天體都在向後退。所以，用星系的運動速率除以星系和我們之間的距離，可以測量宇宙膨脹率。
測量哈伯常數有什麼重要？

測量哈伯常數以及掌握此數值所代表的意義，在研究宇宙如何創生和演化的無論計算或模型上，都是不可或缺的基本要素。H0LiCOW 合作計畫大部分研究，是蘇游瑄在臺灣中央研究院天文所擔任助研究員期間完成，她目前轉到德國馬克思–普朗克天文物理研究中心工作，對於測量哈伯常數到底有什麼重要，蘇游瑄說：

    「哈伯常數對現代天文學至關重要，因為它能協助我們去證實或反駁『宇宙是由暗能量、暗物質和普通物質組成』──這樣的宇宙認知，到底是否正確，或者是我們還少了某些關鍵。」

她還指出，哈伯常數對最新的天文研究領域非常關鍵，因為它可以幫我們檢視，現在我們所認知的宇宙，到底是對還是不對？究竟宇宙是不是由暗能量暗物質和普通物質所組成？還是，宇宙中還有什麼我們仍不知道？
測量哈伯常數很難嗎？

精確測量哈伯常數相當困難。推估運動速率是很直接，不會模稜兩可，但是，距離多少，這在天文學裡相當難算，只能用我們稱之為「標準燭光」的東西來測量。「標準燭光」的天體具有非常精確而已知的亮度，只要測量天體的亮度，拿它來和標準燭光做個比較，就可以推算出距離。

在過去幾十年計算哈伯常數的歷史中，所用到的標準燭光是「造父變星」和 「Ia 型超新星」，後者特別指在雙星系統裡所發生的「超新星爆發」。
獨立測量哈伯常數有何特殊含義？

科學界賦予獨立測量一種獨特的地位。一個數值能夠以多種測量方式取得，其精確度和正確性就可能越高。由 H0LiCOW 團隊獨立測量得出的哈伯常數測量值，和 2016 年哈伯太空望遠鏡在鄰近宇宙所得到的測量值非常一致（註3）。這是值得強調的事實。
哈伯常數有三種，既有一致，也有不同，誰對了？

哈伯常數到底是多少，不是該拍板定案了？除非哪裡有問題？沒錯，問題來了，測量鄰近宇宙和測量大霹靂後所殘留的宇宙微波背景輻射（古早宇宙）的結果，不一致。

哈伯望遠鏡和 H0LiCOW 團隊從鄰近宇宙得到的數值接近，但是與目前的宇宙標準模型不合，而普朗克衛星測得的宇宙微波背景輻射得到的哈伯常數值，和宇宙標準模型很速配，但是卻和哈伯望遠鏡和 H0LiCOW 所得數值略差一截。

為什麼這些數值差這麼多，尤其他們的精確度卻又都是如此之高（參考註 3）？答案有可能是，其實我們根本不完全懂這個宇宙。這項差異有可能引領宇宙學進入一個前人未知的探索領域，是我們現有的宇宙觀和宇宙模型還未納入的新物理。

註解：

    H0LiCOW 全名是 H0 Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspring。
    該研究使用到的望遠鏡包括有：哈伯太空望遠鏡（NASA/ESA）、凱克望遠鏡、甚大望遠鏡（ESO）、Subaru 望遠鏡、Gemini 望遠鏡、臺灣團隊參與儀器研發的「加法夏望遠鏡」（Canada-France-Hawaii telescope）、 NASA 的史匹哲太空望遠鏡。研究還使用到 Swiss 1.2-metre Leonhard Euler Telescope 和 MPG/ESO 2.2-metre telescope 等望遠鏡所提供資料。
    根據歐洲太空總署和哈伯太空望遠鏡 2017 年 1 月 26 日發布的新聞稿：H0LiCOW 團隊得到的哈伯常數值是 71.9±2.7 公里/秒/百萬秒差距，即「每增加百萬秒差距的距離，膨脹秒速增加 71.9 公里誤差 2.7 公里」。另一科學團隊於 2016 年以哈伯太空望遠鏡測得之值是 73.24±1.74 公里/秒/百萬秒差距。歐洲太空總署普朗克衛星於 2015 年測量的哈伯常數是 66.93±0.62 公里/秒/百萬秒差距，仍是目前最精確的哈伯常數值。其精確度高低，看 ± 後面的數字可以知道，普朗克的誤差值是 0.62 公里，換言之，它如果是對的，其他測量法得到的結果應該在 66.31~67.55 公里/秒/百萬秒差距這個範圍之間，但其他測量方法得到的結果卻並不在這個區間，這顯示重大研究結果之間出現不一致。

 中研院前助研究員團隊以獨立方法測量「哈伯常數」，新發現支持宇宙膨脹比目前預期快
http://www.sciencemag.org/video/hubble-trouble-how-fast-universe-expanding

http://www.sciencemag.org/news/2017/03/recharged-debate-over-speed-expansion-universe-could-lead-new-physics?utm_source=sciencemagazine&utm_medium=facebook-text&utm_campaign=theconstant-12286

https://youtu.be/qj7RN8sDYKo?t=4

 哈伯常數麻煩  到底多少 ?  還是說跟暗能量

但是 又有科學家跟本沒有暗能量阿