使用國(guó)際范圍內(nèi)的射電望遠(yuǎn)鏡收集的一組新的精確距離測(cè)量值，極大地增加了理論家修改描述宇宙基本性質(zhì)的“標(biāo)準(zhǔn)模型”的可能性。

新的距離測(cè)量結(jié)果使天文學(xué)家可以改進(jìn)哈勃常數(shù)(即宇宙的膨脹率)的計(jì)算，該值對(duì)于測(cè)試描述宇宙的組成和演化的理論模型非常重要。問題在于，當(dāng)應(yīng)用于普朗克衛(wèi)星對(duì)宇宙微波背景的測(cè)量時(shí)，新的測(cè)量值會(huì)加劇先前測(cè)量的哈勃常數(shù)值與模型預(yù)測(cè)的值之間的差異。

“我們發(fā)現(xiàn)星系比宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型所預(yù)測(cè)的更接近，從而證實(shí)了其他類型的距離測(cè)量中發(fā)現(xiàn)的問題。關(guān)于這個(gè)問題是存在于模型本身還是用于測(cè)試它的測(cè)量中存在爭(zhēng)議。美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)的詹姆斯·布雷茨說(shuō)：“這項(xiàng)工作使用了一種完全獨(dú)立于其他所有方法的距離測(cè)量技術(shù)，我們加強(qiáng)了測(cè)量值與預(yù)測(cè)值之間的差異。很可能是預(yù)測(cè)所涉及的基本宇宙學(xué)模型才是問題所在。” (NRAO)。

Braatz領(lǐng)導(dǎo)Megamaser宇宙學(xué)項(xiàng)目，這是一項(xiàng)國(guó)際性的工作，旨在通過尋找具有特定性質(zhì)的星系來(lái)測(cè)量哈勃常數(shù)，從而使其產(chǎn)生精確的幾何距離。該項(xiàng)目使用了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的超長(zhǎng)基線陣列(VLBA)，卡爾·詹斯基超大陣列(VLA)和羅伯特·C·伯德·格林銀行望遠(yuǎn)鏡(GBT)，以及德國(guó)的埃菲爾斯堡望遠(yuǎn)鏡。研究小組在《天體物理學(xué)雜志快報(bào)》上報(bào)告了他們的最新結(jié)果。

埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)的名字是軌道飛行的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的名字，他于1929年首先通過測(cè)量到星系的距離及其后退速度來(lái)計(jì)算宇宙的膨脹率(哈勃常數(shù))。一個(gè)星系越遠(yuǎn)，它從地球退縮的速度就越大。如今，哈勃常數(shù)仍然是觀測(cè)宇宙學(xué)的基本屬性，也是許多現(xiàn)代研究的重點(diǎn)。

測(cè)量星系的衰退速度相對(duì)簡(jiǎn)單。但是，對(duì)于天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，確定宇宙距離一直是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。對(duì)于我們自己的銀河系中的物體，天文學(xué)家可以通過測(cè)量從太陽(yáng)繞地球軌道的相反側(cè)觀察時(shí)物體位置的表觀位移來(lái)獲得距離，這種效應(yīng)稱為視差。1838年首次對(duì)恒星的視差距離進(jìn)行了測(cè)量。

除了我們自己的星系之外，視差還很小，無(wú)法測(cè)量，因此天文學(xué)家依賴于稱為“標(biāo)準(zhǔn)蠟燭”的物體，之所以這樣命名，是因?yàn)樗鼈兊墓逃辛炼缺徽J(rèn)為是已知的。到已知亮度的物體的距離可以根據(jù)該物體從地球出現(xiàn)的暗淡程度來(lái)計(jì)算。這些標(biāo)準(zhǔn)蠟燭包括稱為造父變星的一類恒星和稱為Ia型超新星的特定類型的恒星爆炸。

估計(jì)膨脹率的另一種方法涉及觀察遙遠(yuǎn)的類星體，它們的光由于前景星系的引力作用而彎曲成多個(gè)圖像。當(dāng)類星體的亮度變化時(shí)，該變化在不同的時(shí)間出現(xiàn)在不同的圖像中。測(cè)量該時(shí)間差以及計(jì)算彎曲的幾何形狀可得出膨脹率的估算值。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)蠟燭和重力透鏡類星體確定的哈勃常數(shù)得出的數(shù)字為73-74公里/秒(速度)/兆帕(天文學(xué)家偏愛的單位)。

但是，將標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型對(duì)哈勃常數(shù)進(jìn)行的預(yù)測(cè)應(yīng)用于宇宙微波背景(CMB)的測(cè)量(來(lái)自大爆炸的剩余輻射)會(huì)產(chǎn)生67.4的值，這是一個(gè)明顯且令人不安的差異。天文學(xué)家說(shuō)，這種差異超出了觀測(cè)中的實(shí)驗(yàn)誤差，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型具有嚴(yán)重的影響。

該模型稱為L(zhǎng)ambda Cold Dark Matter或Lambda CDM，其中“ Lambda”是指愛因斯坦的宇宙常數(shù)，是暗能量的表示。該模型主要在普通物質(zhì)，暗物質(zhì)和暗能量之間劃分宇宙的組成，并描述宇宙自大爆炸以來(lái)如何演化。

Megamaser宇宙學(xué)項(xiàng)目的重點(diǎn)是星系，在星系中心有含水的分子氣體盤繞超大質(zhì)量黑洞運(yùn)動(dòng)。如果在軌道盤的近端幾乎是從地球上看到的，則可以使用稱為masers(類似于可見光激光器的無(wú)線電類似物)的無(wú)線電發(fā)射亮點(diǎn)來(lái)確定盤的物理尺寸及其角度范圍，因此，通過幾何圖形，其距離。該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)使用全球范圍內(nèi)的射電望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行這項(xiàng)技術(shù)所需的精確測(cè)量。

在最新的工作中，該團(tuán)隊(duì)將距離測(cè)量結(jié)果精煉為四個(gè)星系，其距離從1.68億光年到4.31億光年不等。結(jié)合先前對(duì)其他兩個(gè)星系的距離測(cè)量，他們的計(jì)算得出的哈勃常數(shù)值為73.9 km / s / megaparsec。

“測(cè)試宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的問題，需要對(duì)哈勃常數(shù)進(jìn)行最佳測(cè)量。哈勃常數(shù)的預(yù)測(cè)值和測(cè)量值之間的差異是整個(gè)物理學(xué)中最基本的問題之一，因此我們希望進(jìn)行多次獨(dú)立的測(cè)量來(lái)證實(shí)問題并測(cè)試模型。我們的方法是幾何的，并且完全獨(dú)立于其他所有方法，這加劇了差異。”天體物理學(xué)中心研究員Dom Pesce說(shuō)|哈佛和史密森學(xué)會(huì)，以及最新論文的主要作者。

“測(cè)量宇宙膨脹率的maser方法很優(yōu)雅，并且與其他方法不同，它基于幾何。通過測(cè)量圍繞黑洞的吸積盤中maser點(diǎn)的極精確位置和動(dòng)力學(xué)，我們可以確定距離到宿主星系，然后到膨脹率。我們這項(xiàng)獨(dú)特技術(shù)的結(jié)果加強(qiáng)了觀測(cè)宇宙學(xué)中一個(gè)關(guān)鍵問題的論據(jù)。”天體物理學(xué)中心的馬克·里德說(shuō)哈佛大學(xué)和史密森學(xué)會(huì)，以及Megamaser宇宙學(xué)項(xiàng)目小組的成員。

Braatz說(shuō)：“我們對(duì)哈勃常數(shù)的測(cè)量與其他最近的測(cè)量非常接近，并且在統(tǒng)計(jì)學(xué)上與基于CMB和標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的預(yù)測(cè)有很大不同。所有跡象表明，標(biāo)準(zhǔn)模型需要修改。”

天文學(xué)家有各種方法來(lái)調(diào)整模型以解決差異。其中一些包括改變關(guān)于暗能量性質(zhì)的假設(shè)，遠(yuǎn)離愛因斯坦的宇宙常數(shù)。其他人則著眼于粒子物理學(xué)的根本變化，例如改變中微子的數(shù)量或類型或它們之間相互作用的可能性。還有其他可能性，甚至更具異國(guó)情調(diào)，目前科學(xué)家尚無(wú)明確的證據(jù)來(lái)區(qū)分它們。

“這是觀察與理論之間相互作用的經(jīng)典案例。LambdaCDM模型已經(jīng)運(yùn)行了很多年，但是現(xiàn)在觀察清楚地指出了一個(gè)需要解決的問題，看來(lái)問題在于模型，佩斯說(shuō)。