宇宙正在膨脹，那膨脹的速度有多快？對于這個問題，天文學(xué)家已經(jīng)獲得了迄今最精確的測量結(jié)果。問題是，在此之前，根據(jù)其他觀測數(shù)據(jù)以及我們目前對宇宙物理過程的了解，天文學(xué)家曾經(jīng)預(yù)言了宇宙當(dāng)前的膨脹速度，而此次獲得的觀測數(shù)據(jù)與此前的預(yù)言并不相符。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的星系UGC 9391，是這項新研究中采用的星系之一。這個星系包含兩類“量天尺”——造父變星（紅圈所示）和Ia型超新星（藍(lán)色光標(biāo)所示）——天文學(xué)家利用它們計算出了更精確的哈勃常數(shù)。圖片來源：NASA/ESA/A. Riess [STScI/JHU]

確切說來，宇宙現(xiàn)在的膨脹速度要比預(yù)言快了9%。天文學(xué)家稱，這一差異意味著，要么對于宇宙微波背景輻射的觀測是錯的，要么就是有某種未知的物理現(xiàn)象正在加速空間的膨脹。

美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的天文學(xué)教授、宣布這一發(fā)現(xiàn)的論文合作者之一阿列克謝·菲利潘科（Alex Filippenko）說，“如果你真的相信我們的數(shù)值，相信我們費(fèi)盡心血做出了正確的測量，并準(zhǔn)確理解了結(jié)果的不確定度，那就只能得出一個結(jié)論——基于宇宙微波背景輻射（即大爆炸余輝）的測量所作出的預(yù)言出問題了。”

他補(bǔ)充說，“或許宇宙在戲弄我們，或許我們對于宇宙的了解還不完整?！?/p>

原因有可能是存在另一種未知粒子，或許就是常被假設(shè)的中微子第4味，也有可能是暗能量（導(dǎo)致宇宙加速膨脹的不明因素）在138億年宇宙演化的歷史過程中影響力變得越來越大。還有可能是愛因斯坦的廣義相對論，即宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)，存在一點點偏差。

這項研究的領(lǐng)導(dǎo)者、美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)及空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的亞當(dāng)·里斯（Adam Riess）說，“這一驚人發(fā)現(xiàn)或許是一條重要的線索，將幫助我們理解宇宙中所占比例高達(dá)95%卻又不會發(fā)光的那些神秘成分，比如暗能量、暗物質(zhì)和暗輻射（dark radiation）?！崩锼乖诩永Ｄ醽喆髮W(xué)伯克利分校任博士后研究員，與菲利潘科共事過一段時間。由于觀測Ia型超新星而發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹，里斯在2011年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

幾年前，歐洲空間局的普朗克天文臺（Planck observatory）測量了宇宙微波背景輻射里的細(xì)微波動，這種背景輻射記載了早期宇宙的歷史。普朗克所作的測量結(jié)果，再結(jié)合當(dāng)前的宇宙物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型，曾預(yù)言今天宇宙的膨脹速度應(yīng)該為66.53±0.62千米/秒/百萬秒差距（km/s/Mpc）。百萬秒差距是一個距離單位，大約相當(dāng)于326萬光年。

在此之前，對星系所作的直接觀測將宇宙當(dāng)前的膨脹速率，也就是所謂的“哈勃常數(shù)”（Hubble constant），限定在了70到75 km/s/Mpc之間，允許有大約5%－10%的誤差——這個結(jié)果倒并不一定與普朗克的預(yù)言相違背。然而，菲利潘科說，最新的直接測量得出的膨脹速率為73.24±1.74 km/s/Mpc，不確定度僅有2.4%，顯然與普朗克的預(yù)言無法相容。

這個研究團(tuán)隊開發(fā)了創(chuàng)新技術(shù)，改善了對遙遠(yuǎn)星系距離的測量精度，從而提高了對宇宙當(dāng)前膨脹速率的測量精度。研究團(tuán)隊中有幾名成員都參與過當(dāng)年的高紅移超新星搜尋團(tuán)隊，正是該團(tuán)隊在1998年共同發(fā)現(xiàn)了宇宙的加速膨脹。

研究團(tuán)隊找到了一些星系，既含有造父變星（Cepheid），又包含Ia型超新星。造父變星是一類脈動變星，光變速率與它們自身的真實亮度相關(guān)。知道一顆恒星的真實亮度，再跟地球上它看起來的視亮度作個比較，就能夠準(zhǔn)確測定它的距離，繼而了解它所在星系的距離。因此，造父變星又被稱為“量天尺”。Ia型超新星則是另一類常用的宇宙量天尺，這類爆炸的恒星在閃耀時本身都擁有相同的亮度，而且非常明亮，足以在更加遙遠(yuǎn)得多的距離上被我們看見。

這些研究者測量了19個鄰近星系中的大約2400顆造父變星，并同時比較了兩類量天尺的視亮度，從而精確測定了Ia型超新星的真實亮度。然后，利用這一校準(zhǔn)后的結(jié)果，他們又計算了遙遠(yuǎn)星系中大約300顆Ia型超新星的距離。

“為了測定哈勃常數(shù)，我們既需要用造父變星來測定包含Ia型超新星的鄰近星系的距離，也需要用300顆更遙遠(yuǎn)的Ia型超新星來測定它們所屬的那些遙遠(yuǎn)星系的距離?！狈评丝普f，“這篇論文專注于那19個鄰近星系，確實非常非常好地測定了它們的距離，結(jié)果的不確定度很小，對那些不確定度也有了透徹的了解?！?/p>