芝加哥大学的科学家们用一种完全不同的恒星来测量宇宙膨胀的速度。这个数值落在天体物理学中一个激烈争论的问题的中心，这个问题可能要求建立一个全新的宇宙模型。
近一个世纪以来，科学家们就知道宇宙在膨胀，但它究竟以多快的速度在膨胀，至今仍是个谜。2001年，温迪·弗里德曼教授领导了一个团队，利用遥远的恒星对这个数字进行了里程碑式的测量，这个测量被称为“哈勃常数”。
在《天体物理学杂志》即将发表的一篇新论文中，弗里德曼和她的团队宣布了一项新的测量哈勃常数的方法，使用的是一种被称为红巨星的恒星。他们用美国宇航局的哈勃太空望远镜进行的观测表明，我们所在的宇宙角落的膨胀速度略低于70千米/秒/百万秒——比他们之前的测量值略小，但并没有缓解压力。
“哈勃常数是宇宙参数，它决定了宇宙的绝对规模、大小和年龄;弗里德曼是约翰和马里恩沙利文大学天文学和天体物理学教授，也是世界著名的天文学家。“我们之前看到的差异并没有消失，但这一新的证据表明，对于我们当前的宇宙模型中是否存在根本性的缺陷，是否存在一个即时且令人信服的理由，目前尚无定论。”
宇宙理论背后的数字
哈勃常数以先驱天文学家、芝加哥大学校友埃德温·哈勃的名字命名，它支撑着宇宙中的一切——从我们对宇宙大爆炸发生时间的估计到暗物质存在的数量。它帮助科学家勾勒出宇宙的历史和结构理论;相反，如果那个理论中有断层线，对哈勃常数的精确测量可能会让他们找到它。
二十年前，弗里德曼领导的哈勃太空望远镜重点项目组宣布，他们已经用一种叫做造父变星的遥远恒星测量了这个数值。造父变星的脉冲周期是有规律的。他们的程序得出结论，哈勃常数对我们宇宙的值是72。随着天文学家们不断完善他们的分析并收集新的数据，这个数字一直保持相当稳定，在73左右。
但最近，科学家们采取了一种截然不同的方法:建立一个基于大爆炸早期遗留下来的涟漪结构的模型，这种结构被称为宇宙微波背景。如果他们在时间上运行一个模型，从宇宙最初的几个时刻推断，他们达到了67。这一分歧很明显——将近10%——而且随着时间的推移，分歧还在不断加深。
两大阵营都在寻找可能导致这种不匹配的因素。弗里德曼说:“很自然地，就会产生这样的疑问:这种差异是来自天文学家对我们所测量的恒星的某些方面还不了解，还是我们的宇宙模型还不完整。”“或许两者都需要改进。”
映射的星星
测量宇宙的一个核心挑战是很难精确计算到遥远物体的距离。弗里德曼的团队最初研究了两种具有可靠特性的恒星，这两种恒星的特性使天文学家能够将它们结合起来作为宇宙学的标尺:Ia型超新星，它以均匀的亮度爆炸;造父变星是一种恒星，它的脉冲周期是有规律的，可以和它的峰值亮度相匹配。但也有可能造父变星存在一些科学家尚未完全了解的地方，这可能会导致错误。
弗里德曼的研究小组试图用一种完全不同的恒星，建立一种新的、完全独立的哈勃常数路径，来检验他们的结果。
某些恒星以一种非常明亮的恒星结束生命，这种恒星被称为红巨星。在某一时刻，这颗恒星经历了一场被称为氦闪的灾难性事件，温度上升到大约1亿度，恒星的结构被重新排列，最终极大地降低了它的亮度。(总有一天，我们的太阳也会变成一颗红巨星。)天文学家可以看到所有恒星的亮度都下降了，他们可以用这个来判断距离。
弗里德曼说:“原理很简单。假设你正站在一个10英尺远的路灯旁。每隔一段固定的时间，你就能看到更多的街灯，越远的街灯越暗。知道你身边的灯有多远，有多亮，然后测量距离越远的灯看起来有多暗，就能让你估计到路上每盏灯的距离。”
弗里德曼的研究小组利用哈勃太空望远镜上的敏感摄像机，寻找新的宇宙灯柱，将这一想法付诸实施。通过比较遥远的红巨星与我们用其他方法测量到的邻近红巨星的表观光度，并将这些读数与Ia型超新星的读数进行比对，弗里德曼和她的团队能够确定每个主星系的距离。
下一步很简单:星系远离我们的速度是它的距离乘以哈勃常数的乘积。幸运的是，星系的速度很容易测量——来自星系的光的移动取决于星系远离我们的速度。
他们的计算结果是哈勃常数为69.8 -跨越了之前确定的两个数字。
弗里德曼说:“我们最初的想法是，如果造父变星和宇宙微波背景之间存在一个需要解决的问题，那么红巨星方法可以成为决定性因素。”
“红巨星方法独立于造父变星，而且非常精确。使用的恒星质量较低，具有不同的演化历史，并且位于遥远星系的不同区域，”芝加哥大学研究生、论文合著者泰勒·霍伊特(Taylor Hoyt)说。
但研究结果似乎并不强烈支持其中一个答案。
弗里德曼总结道:“我们正在研究目前已知的宇宙学的前沿。”“这些结果表明，我们还没有最终的答案。当新物理学的主张悬而未决时，证明的负担是很高的，但这正是它令人兴奋的地方，”她说。“不管冲突如何解决，这都是重要的。我们要么确认我们的标准宇宙学模型，要么了解宇宙的新情况。”
另一位芝加哥大学的合作者是迪伦·哈特，18岁的博士。卡内基大学的科学家巴里·马多雷(Barry Madore)在芝加哥大学也有一个访问预约。其他共同作者包括卡内基科学研究所、普林斯顿大学、首尔国立大学、宾夕法尼亚州立大学、佛罗里达大西洋大学和莱布尼茨天体物理研究所的科学家。
引文:“哈勃常数的独立测定基于红巨星分支的尖端。《天体物理学杂志》弗里德曼等人写道。
资助项目:NASA、国家科学基金会、韩国国家研究基金会、Ahmanson基金会。