天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種確定宇宙當(dāng)前膨脹速率的新方法，稱為哈勃常數(shù)。最近一篇關(guān)于arXiv的論文，并被英國皇家天文學(xué)會的每月通知接受發(fā)表，描述了一種使用X射線觀測遙遠(yuǎn)星系中心的超大質(zhì)量黑洞的方法，這些超大質(zhì)量黑洞正在吞噬大量的氣體，稱為活動星系核。這可以解決兩種現(xiàn)有方法之間正在進(jìn)行的爭論，這兩種方法在宇宙年齡上存在超過十億年的分歧。

藝術(shù)家對圍繞超大質(zhì)量黑洞運(yùn)行的物質(zhì)吸積盤的印象。X射線照射在吸積盤上，然后根據(jù)與黑洞的距離在不同時(shí)間重新出現(xiàn)不同的顏色（能量）。這可以用來測量吸積盤的亮度，這讓天文學(xué)家可以根據(jù)物體的亮度來估計(jì)到物體的距離。圖片來源：菲利波·布蘭比拉

宇宙開始于大爆炸，此后一直在膨脹，但不是以恒定的速度。哈勃常數(shù)是今天的膨脹率。由于宇宙中的每個(gè)點(diǎn)都遠(yuǎn)離其他每個(gè)點(diǎn)，因此更遙遠(yuǎn)的星系彼此遠(yuǎn)離的速度更快。想象一下，當(dāng)氣球膨脹時(shí)，畫在氣球上是彼此遠(yuǎn)離的點(diǎn)。我們可以測量其他星系從光的紅移中遠(yuǎn)離我們的速度，但是測量到星系的距離是非常困難的。傳統(tǒng)的方法是尋找特定種類的超新星爆炸。由于這些超新星以已知的亮度發(fā)光，因此可以從它們在地球上看起來有多微弱來推斷距離。測量哈勃常數(shù)的另一種標(biāo)準(zhǔn)方法是完全不同的：它涉及對大爆炸輻射余輝的理論建模。問題在于，超新星表明宇宙膨脹的速度比余輝輻射的建模速度要快。膨脹可以在時(shí)間上向后推斷，以計(jì)算出宇宙何時(shí)開始。超新星意味著這是不到130億年前的事了，而大爆炸余輝模型意味著它是近140億年前的！

有些東西必須給予。這可能只是超新星實(shí)際上比目前想象得更亮一些，并且看起來如此微弱，因?yàn)樗鼈兏b遠(yuǎn)。或者可能是宇宙的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型缺少了物理學(xué)的一個(gè)重要部分。測量哈勃常數(shù)的新方法對于在這兩種可能性之間做出決定至關(guān)重要。

論文中表明，我們可以通過確定到超大質(zhì)量黑洞的距離來測量哈勃常數(shù)。在包含它們的活動星系核中，物質(zhì)在圓盤中螺旋向黑洞。非?？拷诙矗@種物質(zhì)變得如此之熱，以至于它在X射線中發(fā)出非常明亮的光芒。這些X射線照射在圓盤的其余部分，并加熱它。這項(xiàng)新研究開發(fā)了一種測量圓盤溫度的方法，從而將其用作測量X射線發(fā)射區(qū)域真實(shí)亮度的傳感器。一旦我們知道了真實(shí)的亮度，我們就可以測量從地球上看X射線的微弱程度的距離。

作者表明，兩個(gè)軌道X射線天文臺，歐洲航天局的XMM-Newton和NASA的NuSTAR已經(jīng)收集的大量數(shù)據(jù)可以重新用于測量哈勃常數(shù)，具有足夠的精度來決定這兩種方法中哪一種是正確的。正是這兩個(gè)望遠(yuǎn)鏡的組合使圓盤溫度測量成為可能。NuSTAR檢測從圓盤中的自由電子散射出的高能X射線，XMM檢測被圓盤中的原子吸收并重新發(fā)射的較低能量的X射線。通過比較這兩個(gè)過程可以推斷出圓盤的溫度。NuSTAR也至關(guān)重要，因?yàn)樗?jīng)過了很好的校準(zhǔn)：X射線望遠(yuǎn)鏡的工作原理是計(jì)算有多少X射線光子擊中探測器，但有些光子只是直接穿過探測器而不被計(jì)數(shù)。NuSTAR探測器非常容易理解，這意味著我們知道X射線光子的哪一部分比任何其他目前活躍的X射線天文臺更準(zhǔn)確地通過它們。這使我們能夠計(jì)算出來自每個(gè)遙遠(yuǎn)黑洞的X射線信號到底有多暗淡。

發(fā)表這篇論文的主要作者Adam Ingram博士評論說：“因?yàn)槲覀兊男路椒ㄍ耆?dú)立于所有其他方法，它為我們提供了一種方法來確定是否需要一種新的理論來解釋宇宙的歷史。這項(xiàng)工作現(xiàn)在開始，通過分析所有這些觀察結(jié)果來實(shí)際進(jìn)行測量”。