引力透镜测量宇宙膨胀

这是宇宙论的重大辩论之一:宇宙在膨胀,但是到底有多快?两种可用的测量得出不同的结果。莱顿物理学家戴维·哈维(David Harvey)使用爱因斯坦预测的星系的光扭曲特性,采用了独立的第三种测量方法。他在皇家天文学会月刊中发表了他的发现。

关于宇宙的膨胀,我们已经有近一个世纪了。天文学家指出,来自遥远星系的光的波长比附近星系的光低。所述光波似乎拉伸,或红移,这意味着这些远星系移开。

可以测量这种膨胀率,称为哈勃常数。某些超新星或爆炸星的亮度很容易理解。这样就可以估计它们与地球的距离,并将该距离与它们的红移或速度相关联。对于每一兆秒的距离(一秒差距为3.3光年),星系从我们后退的速度以每秒73公里的速度增加。

爱因斯坦

但是,对宇宙微波背景(在很早的宇宙中仍然存在的光)的测量越来越精确,产生了不同的哈勃常数:每秒约67公里。

怎么可能?为什么会有所不同?这种差异能告诉我们有关宇宙和物理学的任何新消息吗?莱顿物理学家戴维·哈维(David Harvey)说:“这就是为什么出现了第三种独立于其他两项的测量方法:引力透镜的原因。”

阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)的广义相对论理论预测,像银河系这样的质量集中会像透镜一样弯曲光路。当银河系位于明亮的光源之前时,光会绕着它弯曲,并可以通过不同的路径到达地球,从而提供同一光源的两个甚至有时四个图像。

洒红节

1964年,挪威天体物理学家Sjur Refsdal遇到了一个“哈”时刻:当透镜星系有点偏心时,一条路线要比另一条路线长。这意味着光通过该路径花费的时间更长。因此,当类星体的亮度发生变化时,此斑点将在一个图像中先于另一图像可见。差异可能是几天,甚至是几周或几个月。

Refsdal指出,这种时序差异也可以用来确定距类星体和镜头的距离。将它们与类星体的红移进行比较,可以独立测量哈勃常数。

HoliCOW项目下的一项研究合作使用了其中的六个透镜将哈勃常数缩小到约73。但是,这还存在一些复杂性:除了距离差异之外,前景星系的质量还会产生延迟效应,具体取决于精确度。质量分布。“您必须对分布进行建模,但仍有许多未知数,” Harvey说。诸如此类的不确定性限制了该技术的准确性。

成像整个天空

当新的望远镜在2021年在智利首次亮起时,情况可能会发生变化。维拉·鲁宾天文台致力于每隔几个晚上对整个天空进行成像,并有望对成千上万个双类星体进行成像,从而有机会缩小哈勃常数,甚至进一步。

哈维说:“问题在于,无法对所有这些前景星系分别进行建模。” 因此,Harvey设计了一种方法来计算多达1000个镜头的全部分布的平均效果。

“在那种情况下,引力透镜的各个怪异并不那么重要,您不必对所有透镜进行仿真。您只需要确保对整个人口建模即可。” Harvey说。

“在本文中,我证明了通过这种方法,当您接近数千个类星体时,哈勃常数阈值的误差为2%。”

该误差幅度将允许在多个哈勃常数候选者之间进行有意义的比较,并有助于理解差异。“如果要低于2%,则必须通过进行更好的仿真来改进模型。我的猜测是有可能的。”

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