了解宇宙膨胀速率 史匹哲测得最精确哈柏常数

红外天文台测量宇宙膨胀。(图/引用自台北天文馆网路天文馆网站)

国际中心综合报导

卡内基科学研究所天文台天文学家佛利德曼(Wendy Freedman)等人对外公告,他们利用史匹太空望远镜观测资料,获得迄今最精确的哈柏常数(Hubble constant),也就是宇宙膨胀的速率,为每秒、每百万秒差距74.3公里(写为74.3km/sec/Mpc)。

哈柏常数首度由著名天文学家爱德温‧哈柏(Edwin P. Hubble)于1920年代在确认宇宙自137亿年前大霹雳后便向外膨胀后提出的。1990年代后期,天文学家发现宇宙膨胀速度随着时间增加,确认膨胀速率,是了解宇宙年龄和大小的关键要素

史匹哲测量了银河系中10个造父变星,还有邻近的大麦哲伦星系(arge Magellanic Cloud,LMC)中的80颗造父变星的视亮度,并由此计算它们的距离。与哈柏太空望远镜是用可见光和短波红外光(或称近红外光)观察宇宙不同,史匹哲太空望远镜是以长波红外光(远红外光)进行测量,最后得出哈柏常数为每秒、每百万秒差距74.3公里。其中,1百万秒差距(megaparse,Mpc)约相当于300万光年。

能量抵抗重力,促使宇宙向外膨胀

这个测量结果,与去年利用超新星研究所得哈柏常数相符,且至少比2001年利用哈柏太空望远镜资料、以和这次类似的分析方式所得的结果还好1/3~1/2以上。

此外,这些哈柏常数的测量,结合先前利用威金微波各向异性探测器(WMAP)公布的资料,可以独立测量暗能量这种宇宙最神秘的组成之一。一般认为,暗能量可抵抗重力,促使宇宙向外膨胀。基于这项研究而获得宇宙加速膨胀结论的研究学者们,甚至获得2011年诺贝尔物理奖荣耀。这是个庞大的谜团。利用史匹哲太空望远镜,可以测量精确的现阶段宇宙膨胀速率,也可以从另一个角度来测量宇宙中的暗能量含量

由于史匹哲可以用远红外波段进行观测,避开尘埃的阻挡,因此可以更精确的监测造父变星(cepheid)的动态,并由此测量哈柏常数。

测量天体的距离,天文学家靠造父变星

造父变星是所谓的脉动变星(pulsating star),因体积涨缩而使亮度改变,且距离愈远者、造父变星的本质亮度愈亮、变光周期愈长。1908年,Henrietta Leavitt发现造父变星这种特性,让造父变星成为天文学家的量天尺之一,使天文学家可以直接测量这些天体的距离。一旦知道这些天体的距离,便可计算它们远离我们的速度,宇宙膨胀速率因此而被揭露。

史匹哲太空望远镜所做的贡献已超过原本预计要做的还多很多,不但有能力可以研究系外行星大气层,现在,在史匹哲任务的最后一年,它甚至跨足成为研究与宇宙论的利器。虽然看起来史匹哲的哈柏常数资料只比哈柏好了1/3~1/2,所提升的精确度只有一点点,但无可否认地,就一个原本不是做此用途的太空望远镜而言,它所达成的成就确实非凡。(文/引用自台北天文馆之网路天文馆网站)