新研究揭示：本地宇宙膨胀速度可能比此前认为的更慢

IT之家 3 月 17 日消息，科学家发现，本地宇宙（The local universe）的膨胀速度可能比此前认为的更慢。这一分别由两项独立研究得出的发现，有望缓解宇宙学中最令人困扰的难题之一 —— 哈勃张力。

据IT之家了解，哈勃常数是以天文学家埃德温 · 哈勃命名的物理量，他在 20 世纪初发现宇宙正在膨胀，而哈勃常数正是描述宇宙膨胀速率的参数。

哈勃张力的矛盾在于：对本地宇宙的观测，得到的哈勃常数值，与通过宇宙微波背景（CMB）推算出的数值并不一致。宇宙微波背景是宇宙大爆炸后不久发出的第一缕光。天文学家先测量宇宙微波背景，再通过标准宇宙学模型 —— 即 Λ 冷暗物质（ΛCDM）模型，向前推演，得到哈勃常数。

即便这两种测量手段精度不断提升，这一差异依然存在。这一问题令人不安，因为这暗示我们描述宇宙的物理“配方”中，可能缺失了某种关键成分。因此，许多天文学家认为，需要第三种测量方法来弥合这一分歧，或至少解释其成因。

两项新研究提出了一种测量近域宇宙膨胀的新方法：通过分析邻近的两个星系群的运动来测算。这些星系群内的星系，一方面被彼此的引力束缚，另一方面又被其所在空间拉伸产生的宇宙流所拖拽分离。

两项结果均显示，我们附近的宇宙膨胀速度比此前估算的更慢。这一新方法不仅让近域宇宙的哈勃常数测量值，与利用宇宙微波背景和 ΛCDM 模型得到的结果更为接近，还表明解释宇宙观测和星系动力学所需的暗物质更少。

研究团队通过分析两个星系群得出结论：半人马座 A 星系群（除银河系本星系群外离我们最近的星系群之一）和 M81 星系群。

研究人员并未使用近邻 Ia 型超新星观测，也没有借助代表宇宙第一缕光的宇宙微波背景来测量哈勃常数，而是利用这些星系群在引力吸引与宇宙膨胀排斥的平衡作用下的运动进行测算。

天文学家发现，构成半人马座 A 星系群的数十个矮星系，实际上并非由同名的巨大椭圆星系主导；相反，该星系与星系群中的 M83 星系形成了双星系统。

而 M81 星系群的核心早已被认为是一对双星系统（M81 与 M82）。新研究显示，尽管该星系群结构规整，但其约 100 万光年的内部区域，相对于更广阔的外围环境倾斜了约 34 度。在约 1000 万光年的尺度上，M81 星系群的朝向，与一片延伸至半人马座 A 星系群的巨大片状物质结构相一致。

两个科研团队还发现，这两个星系群不仅环境相似，而且群内最亮星系的质量占了总质量的绝大部分。因此，星系群内所有星系的运动，都可以看作是这些亮星系的引力与宇宙膨胀带来的宇宙流共同作用的结果。

这意味着，与宇宙模拟的预测相反，星系群并不需要被一个巨大、包裹一切的暗物质晕所包围并施加引力影响。

这对哈勃常数意味着什么？

哈勃常数的单位是千米 / 秒 / 百万秒差距（km/s/Mpc），1 百万秒差距约等于 330 万光年。

目前：

• 用局部 Ia 型超新星测算：哈勃常数约为 73 km/s/Mpc
• 用宇宙微波背景测算：哈勃常数约为 68 km/s/Mpc
• 而本次研究团队得出的哈勃常数为 64 km/s/Mpc。

这表明，哈勃张力的部分成因，来自科学家测量哈勃常数的方法本身。

这也意味着，无需引入某种未知的宇宙新成分就能消除哈勃张力 —— 用我们现有的物理“配料”，就足以完善这一宇宙模型。

当然，这一方法要颠覆现有理论范式，仍有很长的路要走。目前该技术仅应用于两个局部星系群，哈勃张力在未来一段时间内，仍将是天文学家的一大难题。

这项研究的下一步，是将这一星系群研究方法推广到更广阔的近域宇宙。当 4 米多目标光谱望远镜（4MOST）下一次数据发布，提供更远距离星系群的观测数据时，这一目标有望实现。

该团队的研究成果已以两篇论文的形式，发表在《天文学与天体物理学》（Astronomy & Astrophysics）期刊上。