近一个世纪以来，宇宙膨胀速度的问题一直困扰着天文学家。不同的研究不断得出不同的答案——这让一些研究人员怀疑他们是否忽略了宇宙运行机制中的一个关键机制。现在，加州大学洛杉矶分校一个天文学家领导的研究小组通过开拓一种测量宇宙膨胀速度的新方法，向解决这一争论迈出了一步，该小组的研究发表在2019年1月22日的《皇家天文学会月报》上。争论的核心是哈勃常数，这是一个与星系红移有关的距离数字——当光穿过膨胀宇宙到达地球时被拉伸的距离。哈勃常数的估计范围是每秒67到73公里，这意味着空间中相距1百万秒的两个点(相当于326万光年)以每秒67到73公里的速度相互远离。
博科园-科学科普：加州大学洛杉矶分校博士后学者、该研究的第一作者西蒙·比勒(Simon Birrer)说：哈勃常数锚定了宇宙的物理尺度，如果没有哈勃常数的精确值，天文学家就无法准确地确定遥远星系的大小、宇宙的年龄或宇宙的膨胀历史。大多数计算哈勃常数的方法都有两个组成部分：到某个光源的距离和该光源的红移。为了寻找在其他科学家计算中没有使用过的光源，Birrer和他的同事们转向类星体，类星体是由巨大黑洞提供能量的辐射源。在他们的研究中，科学家们选择了类星体的一个特定子集——这些类星体的光线被一个介入其中的星系引力所弯曲，这个星系产生了天空中类星体的两幅并排图像。
这两幅图像中的光通过不的路径到达地球，当类星体的亮度波动时，这两幅图像会一个接一个地闪烁，而不是同时闪烁。这两个闪烁之间的时间延迟，以及干涉星系引力场的信息，可以用来追踪光的旅程，并推断出从地球到类星体和前景星系的距离。了解类星体和星系的红移使科学家们能够估计宇宙膨胀速度。作为国际H0liCOW合作项目的一部分，加州大学洛杉矶分校的研究小组此前曾将该技术应用于四层成像类星体的研究，其中四张类星体的图像出现在前景星系周围。为了证明这项技术，ucla领导的研究小组研究了一种名为SDSS J1206+4332双成像类星体；依靠的数据来自哈勃太空望远镜、双子座和凯克天文台，以及来自引力透镜宇宙监测网络(COSMOGRAIL)的数据。
哈勃太空望远镜拍摄的双像类星体图像，图片：NASA Hubble Space Telescope, Tommaso Treu/UCLA, and Birrer et al
该网络由瑞士洛桑联邦理工学院管理，旨在确定哈勃常数。加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授、论文的第一作者托马索特鲁(Tommaso Treu)说：研究人员连续几年每天拍摄这颗类星体的图像，以精确测量图像之间的时间延迟。然后，为了得到哈勃常数的最佳估计数，将在类星体上收集的数据与之前在三个四重成像类星体上的H0liCOW合作收集的数据结合起来。这项测量的美妙之处在于，它与其他测量方法具有高度的互补性和独立性。由加州大学洛杉矶分校领导的研究小组估算出哈勃常数约为每秒72.5公里/百万秒，这一数字与其他科学家在研究中确定的数据一致。在这项研究中，科学家们将超新星的距离（遥远星系中的爆炸恒星）作为关键的测量指标。
然而，这两项估计都比一项估计高出约8%，后者依赖于一种被称为宇宙微波背景辐射(cosmic微波background)来自天空的微弱光线。宇宙微波背景辐射是大爆炸38万年后的遗迹，当时光线首次在太空自由穿行。如果这些值之间真的存在差异，那就意味着宇宙要复杂一些。另一方面，也有可能是一种测量方法——或者三种方法都是错的。研究人员现在正在寻找更多类星体来提高哈勃常数测量的精度。这篇新论文最重要的之一是，双像类星体为科学家们的哈勃常数计算提供了更多有用光源。不过，目前ucla领导的研究小组正将研究重点放在40个四倍成像类星体上，因为它们提供的有用信息可能比两倍成像类星体还要多。
博科园-科学科普｜研究/来自：加州大学洛杉矶分校
参考期刊文献: 《皇家天文学会月报》
DOI: 10.1093/mnras/stz200
博科园-传递宇宙科学之美
