破解哈勃张力：韦伯的精确测量揭示了宇宙膨胀之谜

破解哈勃张力：韦伯的精确测量揭示了宇宙膨胀之谜NGC5468是一个距离地球约1.3亿光年的星系，这张照片结合了哈勃和詹姆斯-韦伯太空望远镜的数据。这是哈勃发现的最远的仙王座变星星系。它们是测量宇宙膨胀率的重要里程标。根据仙王座变星计算出的距离与该星系中的一颗Ia型超新星相互关联。Ia型超新星的亮度非常高，它们被用来测量远超过蛇夫座星系范围的宇宙距离，从而将宇宙膨胀率的测量扩展到更深的空间。资料来源：NASA,ESA,CSA,STScI,AdamG.Riess(JHU,STScI)宇宙膨胀的速度，即哈勃常数，是了解宇宙演化和最终命运的基本参数之一。然而，用各种独立的距离指标测得的哈勃常数值与根据宇宙大爆炸余辉预测的值之间存在着持续的差异，这种差异被称为"哈勃张力"（HubbleTension）。NASA/ESA/CSA詹姆斯-韦伯太空望远镜证实，哈勃太空望远镜敏锐的目光一直都是正确的，消除了人们对哈勃测量结果的疑虑。哈勃的历史成就建造NASA/ESA哈勃太空望远镜的科学依据之一是利用其观测能力为宇宙膨胀率提供一个精确的数值。在哈勃望远镜于1990年发射之前，地面望远镜的观测结果存在巨大的不确定性。根据推导出的宇宙膨胀率数值，宇宙的年龄可能在100亿年到200亿年之间。在过去的34年中，哈勃已经将这一测量值的精确度缩减到了百分之一以下，将两者的年龄差值缩小到了138亿年。哈勃通过测量被称为"仙王座变星"的重要里程碑，完善了所谓的"宇宙距离阶梯"，从而实现了这一目标。然而，哈勃值与其他测量结果并不一致，其他测量结果表明宇宙在大爆炸后膨胀得更快。这些观测数据是由欧空局普朗克卫星对宇宙微波背景辐射绘制的地图得出的，宇宙微波背景辐射是宇宙从大爆炸冷却下来后结构演变的蓝图。解决这个难题的简单办法是说，也许哈勃的观测结果是错误的，因为它对深空尺度的测量出现了误差。詹姆斯-韦伯太空望远镜的出现，让天文学家能够核对哈勃的观测结果。韦伯对仙王座的红外观测结果与哈勃的光学数据一致。韦伯证实了哈勃望远镜敏锐的目光一直都是正确的，消除了对哈勃测量结果的任何疑虑。这些并排图像的中心是一种特殊的恒星，它是测量宇宙膨胀速度的里程标--仙王座变星。这两幅图像的像素非常高，因为它们是一个遥远星系的放大图。每个像素代表一颗或多颗恒星。詹姆斯-韦伯太空望远镜（JamesWebbSpaceTelescope）拍摄的图像在近红外波段要比哈勃望远镜（主要是可见光-紫外光望远镜）清晰得多。通过韦伯更清晰的视野来减少杂波，仙王座就能更清晰地显现出来，消除任何潜在的混淆。韦伯望远镜被用来观测一个仙王座样本，并证实了之前哈勃观测的准确性，而哈勃观测是精确测量宇宙膨胀速度和年龄的基础。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI、AdamG.Riess（JHU、STScI）宇宙奥秘与理论挑战最重要的一点是，与早期宇宙的膨胀相比，近邻宇宙中发生的事情之间所谓的哈勃张力（HubbleTension）仍然是宇宙学家耿耿于怀的难题。空间结构中可能存在一些我们还不了解的东西。解决这一差异需要新的物理学吗？还是由于确定空间膨胀率的两种不同方法之间存在测量误差？哈勃和韦伯现在已经联手进行了明确的测量，进一步证明了是其他东西--而不是测量误差--在影响膨胀率。宇宙观测的进展巴尔的摩约翰-霍普金斯大学的物理学家亚当-里厄斯说："在消除了测量误差之后，剩下的就是我们误解了宇宙这一真实而令人兴奋的可能性。亚当因与他人共同发现了宇宙膨胀正在加速这一事实而获得诺贝尔奖，这一现象现在被称为'暗能量'。"作为交叉检验，2023年的首次韦伯观测证实，哈勃对膨胀宇宙的测量是准确的。然而，为了缓解"哈勃张力"，一些科学家推测，随着我们对宇宙的深入观察，测量中看不见的误差可能会增加并变得明显。特别是，恒星拥挤可能会系统地影响对更遥远恒星亮度的测量。合作验证与未来方向亚当领导的SH0ES（用于暗能量状态方程的超新星H0）小组利用韦伯望远镜获得了更多的观测数据，这些天体是关键的宇宙里程碑标记，被称为仙王座变星，现在可以与哈勃数据进行关联。亚当说："我们现在已经跨越了哈勃观测到的整个范围，我们可以非常有把握地排除测量误差是哈勃张力的原因。"团队在2023年进行的前几次韦伯观测成功表明，哈勃在牢固确立所谓宇宙距离阶梯第一级的保真度方面走在了正确的道路上。这幅插图展示了天文学家用来计算宇宙随时间膨胀速度的三个基本步骤，这个值被称为哈勃常数。所有这些步骤都涉及建立一个强大的"宇宙距离阶梯"，首先测量附近星系的精确距离，然后再测量越来越远的星系。这个"阶梯"是一系列对不同种类天体的测量结果，研究人员可以利用这些天体的固有亮度来计算距离。对于较短的距离来说，最可靠的是仙王座变星，这些恒星以可预测的速率脉动，从而显示出它们的内在亮度。最近，天文学家利用哈勃太空望远镜观测了附近大麦哲伦云中的70个仙王座变星，对该星系进行了最精确的距离测量。天文学家将附近的仙王座变星的测量结果与更远星系的测量结果进行比较，这些星系还包括另一个宇宙尺度--被称为Ia型超新星的爆炸恒星。这些超新星比仙王座变星亮得多。天文学家用它们作为"里程标"，来测量从地球到遥远星系的距离。每一个标记都建立在"阶梯"的前一步之上。通过使用不同种类的可靠"里程标"来扩展"阶梯"，天文学家可以测出宇宙中非常遥远的距离。天文学家将这些距离值与整个星系的光线测量值进行比较，由于空间的均匀膨胀，星系的光线会随着距离的增加而逐渐变红。这样，天文学家就可以计算出宇宙膨胀的速度：哈勃常数。图片来源：NASA、ESA和A：NASA,ESAandA.Feild(STScI)宇宙距离阶梯的复杂性天文学家使用各种方法来测量宇宙中的相对距离，具体取决于所观测的天体。这些技术统称为宇宙距离阶梯--每一级阶梯或测量技术都依赖于前一级阶梯的校准。但一些天文学家认为，沿着"第二梯级"向外移动，如果仙王座的测量结果随着距离的增加而变得不那么精确，那么宇宙距离的阶梯可能会变得不稳固。出现这种不准确的情况可能是因为仙王座的光线可能会与邻近恒星的光线混合在一起--随着距离的增加，这种效应可能会变得更加明显，因为天空中的恒星会挤在一起，彼此变得更加难以区分。观测方面的挑战在于，过去哈勃拍摄的这些更遥远的仙王座变星的图像，在我们和它们的宿主星系之间的距离越来越远时，看起来与邻近的恒星更加拥挤和重叠，因此需要仔细考虑这种效应。中间的尘埃使可见光测量的确定性变得更加复杂。韦伯望远镜能穿过尘埃，自然地将倒灶系恒星与邻近恒星隔离开来，因为它在红外波段的视力比哈勃望远镜更敏锐。"韦伯望远镜和哈勃望远镜的结合为我们提供了两全其美的解决方案。我们发现，当我们沿着宇宙距离阶梯爬得更远时，哈勃的测量结果仍然是可靠的，"亚当说。新的韦伯观测结果包括八个Ia型超新星的五个宿主星系，共包含1000个蛇夫座天体，并延伸到蛇夫座天体测量结果最远的星系--距离1.3亿光年的NGC5468。"这横跨了我们用哈勃测量的全部范围。因此，我们已经走到了宇宙距离阶梯第二级的尽头，"合著者、巴尔的摩太空望远镜科学研究所的加甘迪普-阿南德（GagandeepAnand）说，该研究所为美国国家航空航天局（NASA）运营韦伯望远镜和哈勃望远镜。哈勃和韦伯对"哈勃张力"的确认，...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425375.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425375.htm

碰撞的黑洞可能揭示了宇宙膨胀速度的秘密

碰撞的黑洞可能揭示了宇宙膨胀速度的秘密据BGR报道，宇宙一直在膨胀。科学家们几十年来一直相信这一点。然而，对科学家们来说，确定宇宙的膨胀速度一直是困难的。现在研究人员可能终于找到了一种方法来确定宇宙的膨胀速度以及它是如何演变的。当两个黑洞碰撞时，它们在时空中产生涟漪，科学家称之为引力波。现在，科学家们已经开发出一种新技术，可以用来测量这些信号的变化。科学家们相信，这可以帮助更好地了解宇宙的膨胀速度。科学家们在20世纪90年代末首次确定，宇宙正在以加速的速度膨胀。我们把这称为哈勃常数。而且，每当科学家们试图根据哈勃常数来计算宇宙的膨胀速度时，他们最终会得到多个数值。因此，许多人一直在寻找一种更精确的方法来测量宇宙膨胀速度。科学家们希望能更好地测量宇宙膨胀速度的一种方法是通过测量紧密的双黑洞之间的宇宙碰撞。据Space.com报道，他们把这些配对称为“光谱警报器”，它们最终可以给我们提供一种更稳定的方法来测量宇宙膨胀的速度。除了告诉我们宇宙是如何膨胀的，了解加速膨胀的速度还可以告诉我们更多关于早期宇宙的情况。詹姆斯·韦伯望远镜最近发现了已知的最早的星系，但是我们对这些星系最初是如何形成的仍然不甚了解。甚至是宇宙是如何从大爆炸中扩张的。人们希望通过测量黑洞碰撞产生的时空涟漪，为科学家们提供更多的数据来观察。而且，由于像詹姆斯·韦伯望远镜这样的设备已经变得如此复杂，我们可能有一天能够确定宇宙的膨胀速度，是什么在助长这种膨胀，甚至何时，如果有的话，它将放缓。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1306615.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1306615.htm

罗曼望远镜的强大能力将带来测量宇宙膨胀率的新维度

罗曼望远镜的强大能力将带来测量宇宙膨胀率的新维度这幅哈勃太空望远镜拍摄的图像显示，一个星系嵌入一个巨大的星系团中，其强大的引力产生了其背后遥远的一颗超新星的多幅图像。图像显示了该星系在一个名为MACSJ1149.6+2223的大型星系团中的位置，距离超过50亿光年。在该星系的放大插图中，箭头指向爆炸恒星的多幅图像，该恒星被命名为雷夫斯达尔超新星，距离地球93亿光年。资料来源：NASA、ESA、SteveA.Rodney（JHU）、TommasoTreu（UCLA）、PatrickKelly（UCBerkeley）、JenniferLotz（STScI）、MarcPostman（STScI）、ZoltG.Levay（STScI）、FrontierSN小组、GLASS小组、HFF小组（STScI）、CLASH小组。其中一个团队特别注重训练罗曼寻找引力透镜超新星，这种天体可以用于测量宇宙膨胀率的独特方法。他们说，罗曼对这些难以捉摸的透镜超新星的研究对宇宙学的未来有着巨大的潜力。美国国家航空航天局（NASA）的南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜是为了纪念NASA的第一位首席天文学家而命名的，它代表着我们在探索了解宇宙的道路上的一次飞跃。这个尖端天文台计划于2027年5月发射，旨在探索暗能量的奥秘、研究系外行星，并以前所未有的清晰度揭示宇宙的膨胀速度。罗曼太空望远镜利用先进的技术对宇宙进行大范围、细致的观测，将为我们提供对宇宙的重要见解，增强我们对宇宙组成、结构和演化的了解。资料来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心天文学家正在研究宇宙中最紧迫的谜团之一--宇宙膨胀的速度--他们正准备利用美国国家航空航天局的南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜（NancyGraceRomanSpaceTelescope），以一种新的方式研究这个谜团。一旦罗曼望远镜于2027年5月发射升空，天文学家们将在罗曼望远镜的大范围图像中寻找引力透镜状超新星，这些超新星可以用来测量宇宙的膨胀速度。天文学家有多种独立的方法来测量宇宙目前的膨胀率，即哈勃常数。不同的技术得出不同的值，称为哈勃张力。罗曼的大部分宇宙学研究都将针对难以捉摸的暗能量，因为暗能量会影响宇宙随时间的膨胀。这些研究的一个主要工具是一种相当传统的方法，它将Ia型超新星等天体的固有亮度与其感知亮度进行比较，从而确定距离。另外，天文学家也可以使用罗曼法来研究重力透镜超新星。这种探索哈勃常数的方法与传统方法不同，因为它基于几何方法，而不是亮度。这幅插图利用哈勃太空望远镜拍摄的雷夫斯达尔超新星图像，展示了大质量星系团MACSJ1149.6+2223的引力是如何弯曲并聚焦来自其背后的超新星的光线，从而产生爆炸恒星的多幅图像的。这种现象被称为引力透镜。引力透镜超新星为天文学家提供了一种计算哈勃常数--宇宙加速的速率--的独特方法。一个研究小组正准备利用美国宇航局即将于2027年5月发射的南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜，让天文学家发现并研究这些罕见的天体。上图显示，当恒星爆炸时，它的光线穿过太空，遇到前景星系团。如果没有星系团，天文学家将只能探测到直射地球的超新星光线，并且只能看到超新星的单一图像。然而，在超新星多重成像的情况下，光路会被星系团的引力弯曲，并重新定向到新的光路上，其中有几条光路是指向地球的。因此，天文学家可以看到爆炸恒星的多幅图像，每幅图像都对应着其中一条改变的光路。每幅图像穿过星团的路线不同，到达地球的时间也不同，部分原因是光线到达地球的路径长度不同。精确测量多幅图像之间到达时间的差异，就可以得出一个距离组合，从而限制哈勃常数。在下图中，重定向光线穿过星团中的一个巨大椭圆星系。这个星系又增加了一层透镜作用，再一次改变了原本会错过我们的几条光路的方向，并将它们聚焦，使它们能够到达地球。资料来源：NASA、ESA、AnnFeild（STSCI）、JosephDePasquale（STSCI）、NASA、ESA、SteveA.Rodney（JHU）、TommasoTreu（UCLA）、PatrickKelly（UCBerkeley）、JenniferLotz（STSCI）、MarcPostman（STSCI）、ZoltG.Levay（STSCI）、FrontierSN小组、GLASS小组、HFF小组（STSCI）、CLASH小组。引力透镜的前景位于巴尔的摩的空间望远镜科学研究所（STScI）的卢·斯特罗格是准备对罗曼望远镜进行研究的团队的共同负责人，他说："罗曼是让引力透镜超新星研究起飞的理想工具。这些天体非常罕见，而且很难发现。我们不得不靠运气才能及早发现其中的几个。罗曼的大视野和高分辨率重复成像将有助于提高这些机会"。天文学家利用各种天文台，如美国宇航局的哈勃太空望远镜和詹姆斯-韦伯太空望远镜，在宇宙中发现了八颗引力透镜状超新星。然而，由于超新星的类型及其延时成像的持续时间，这八个超新星中只有两个是测量哈勃常数的可行候选者。当来自恒星爆炸等天体的光线在飞往地球的途中穿过星系或星系团，并被巨大的引力场偏转时，就会发生引力透镜现象。光线沿着不同的路径分裂，在天空中形成我们看到的超新星的多个图像。根据不同路径之间的差异，超新星图像会出现几小时到几个月，甚至几年的延迟。精确测量多幅图像之间到达时间的差异，就能得出距离组合，从而限制哈勃常数。罗曼望远镜的广泛勘测将能够以比哈勃更快的速度绘制宇宙地图，它在单幅图像中"看到"的面积是哈勃的100多倍。特别是，高纬度时域巡天将重复观测同一天空区域，这将使天文学家能够研究随时间变化的目标。这意味着将有大量的数据--每次超过50亿像素--需要进行筛选，以发现这些非常罕见的事件。斯特罗格是该计划的共同负责人，他是STScI的贾斯汀-皮埃尔（JustinPierel）。他解释说："这台新望远镜将使我们能够在一张快照中看到整个森林，而不是收集几张树木的照片。"由斯特罗格和皮埃尔领导的STScI小组正在通过美国宇航局太空和地球科学研究机会（ROSES）南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜研究和支持参与机会计划资助的一个项目，为在罗曼数据中发现引力透镜超新星奠定基础。皮埃尔说："由于这些超新星非常罕见，要充分利用引力透镜超新星的潜力，就必须做好充分准备。我们希望提前准备好寻找这些超新星的所有工具，这样当数据到来时，我们就不用浪费任何时间来筛选数以兆字节计的数据了"。该项目将由美国国家航空航天局（NASA）各中心和全国各大学的研究人员组成的团队实施。准备工作将分几个阶段进行。研究小组将创建数据还原管道，用于在罗曼成像中自动检测引力透镜超新星。为了训练这些管道，研究人员还将创建模拟成像：需要50000个模拟透镜，而目前已知的实际透镜只有10000个。斯特罗格和皮埃尔团队创建的数据缩减管道将补充正在创建的管道，以便利用Ia型超新星研究暗能量。"罗曼望远镜确实是创建黄金标准引力透镜超新星样本的第一次机会，"斯特罗格总结道。"我们现在的所有准备工作都将产生所需的所有成分，以确保我们能够有效地利用宇宙学的巨大潜力"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419661.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1419661.htm

弥合宇宙鸿沟：对宇宙膨胀的先驱性测量改变了长期以来的争论

弥合宇宙鸿沟：对宇宙膨胀的先驱性测量改变了长期以来的争论这张图片显示了巨大的星系团MACSJ1149.5+223，它的光线花了50多亿年才到达我们这里。该星系团的巨大质量使来自更遥远的天体的光线发生弯曲。由于引力透镜的作用，来自这些天体的光线被放大和扭曲了。同样的效应正在形成同一遥远物体的多个图像。这项工作分为两篇论文，分别发表在世界顶级同行评议的学术期刊《科学》和天体物理学期刊《天体物理学报》上，后者是一份同行评议的天体物理学和天文学科学期刊。在天文学中，有两种对宇宙膨胀的精确测量，也被称为"哈勃常数"。一个是从附近的超新星观测中计算出来的，第二个是使用"宇宙微波背景"，或在宇宙大爆炸后不久开始自由流动的辐射。然而，这两种测量方法相差约10%，这在物理学家和天文学家中引起了广泛的争论。如果这两个测量结果都是准确的，这意味着科学家目前关于宇宙构成的理论是不完整的。两篇论文的主要作者、明尼苏达大学物理和天文学学院助理教授帕特里克-凯利说："如果新的、独立的测量结果证实了哈勃常数的两个测量结果之间的这种分歧，它将成为我们理解宇宙的一个缺口。最大的问题是一个或两个测量结果是否可能存在问题。我们的研究通过使用一种独立的、完全不同的方式来测量宇宙的膨胀率来解决这个问题。"明尼苏达大学领导的团队能够利用凯利在2014年发现的一颗超新星的数据来计算这个数值--这是有史以来第一个多重成像的超新星的例子，这意味着望远镜捕捉到了同一宇宙事件的四个不同图像。在发现之后，世界各地的团队预测，这颗超新星将在2015年重新出现在一个新的位置，明尼苏达大学的团队检测到了这个额外的图像。这些多重图像的出现是因为该超新星受到了一个星系团的引力凝聚，这是一种来自星系团的质量弯曲并放大光线的现象。通过利用2014年和2015年图像出现之间的时间延迟，研究人员能够利用挪威天文学家SjurRefsdal在1964年提出的一个理论来测量哈勃常数，这个理论在以前是不可能付诸实践的。凯利说，研究人员的发现并没有绝对解决争论，但他们确实为这个问题提供了更多的洞察力，并使物理学家更接近于获得宇宙年龄的最精确测量。测量结果与来自宇宙微波背景的数值有更好的一致性，尽管--鉴于不确定性--它并没有排除来自本地距离阶梯的测量，如果对未来同样被星系团引力凝聚的超新星的观测产生了类似的结果，那么它将确定目前的超新星数值的问题，或者我们对星系团暗物质的理解。利用同样的数据，研究人员发现，目前一些星系团暗物质的模型能够解释他们对超新星的观测。这使他们能够确定星系团中暗物质位置的最准确模型，这是一个长期困扰天文学家的问题。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359737.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359737.htm

韦伯和哈勃确认宇宙的膨胀率

韦伯和哈勃确认宇宙的膨胀率天文学家结合哈勃和韦伯太空望远镜的数据，对哈勃常数进行了最新测量，确认了哈勃早先的测量是正确的。研究报告发表在《TheAstrophysicalJournalLetters》期刊上。哈勃常数被用于衡量宇宙膨胀的速率。早期的科学家曾认为宇宙是静止的，在爱因斯坦广义相对论出现之后，这一认识发生了变化。AlexanderFriedman在1922年发表的一组方程式显示宇宙可能在膨胀，GeorgesLemaitre通过独立推导得出了相同结论。哈勃(EdwinHubble)于1929年通过观测数据证实宇宙在膨胀。爱因斯坦此前也是静态宇宙的支持者，他曾试图通过引入宇宙常数修正广义相对论，但哈勃结果发表之后他据称认为这是一生中最大的错误。来源，频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

璀璨的蓝色漩涡：哈勃捕捉到雄伟的棒状螺旋星系

璀璨的蓝色漩涡：哈勃捕捉到雄伟的棒状螺旋星系哈勃太空望远镜拍摄的螺旋星系NGC6956。资料来源/NASA，ESA，和D.Jones（加利福尼亚大学-圣克鲁兹）处理/GladysKober(NASA/美国天主教大学)科学家们利用美国宇航局的哈勃太空望远镜对NGC6956进行了成像，以研究它的造父变星，即在一定时期内变亮和变暗的星星。由于造父变星的周期是其亮度的函数，科学家可以测量这些恒星在地球上看起来有多亮，并与它们的实际亮度进行比较，以计算它们的距离。因此，这些恒星对于确定宇宙物体的距离非常有用，而这是银河系外物体最难测量的信息之一。这个星系还包含一颗Ia型超新星，这是一颗白矮星的爆炸，这颗白矮星正逐渐从一颗伴星中吸纳物质。像造父变星一样，这些类型的超新星的亮度以及它们随时间变暗的速度使科学家能够计算出它们的距离。科学家们可以利用从Cepheid变星和Ia型超新星中收集到的测量数据来完善我们对宇宙膨胀速度的理解，也被称为哈勃常数。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336643.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336643.htm