科學家通過伽馬射線研究重新計算宇宙的膨脹速度

科學家們普遍認為，宇宙正在膨脹，膨脹速度正在加快，但是針對速度究竟發生多快仍尚有爭議。現在，克萊姆森大學的天體物理學家通過研究伽瑪射線與宇宙背景輻射的相互作用，提出了一個新的宇宙膨脹速度-即所謂哈勃常數（Hubble Constant）。

哈勃常數以天文學家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）的名字命名，他首先發現了宇宙正在膨脹。愛因斯坦實際上在較早的方程中發現了這一點，但他以為自己是錯的，因此重新調整了模型以模擬靜態宇宙。他很快向哈勃承認，稱這個假設為他有史以來最大的錯誤。

1929年，哈勃得出的最初的哈勃常數值500公里公里/（秒·百萬秒差距），百萬秒差距是度量天體距離的單位，約為326萬光年。基本上，這意味着距離較近的星系以更快的速度遠離我們。此後，哈勃常數值一直被不斷大幅下調，在過去的20多年中，許多不同的測量方法將其定為70公里/（秒·百萬秒差距）左右。

而現在，克萊姆森團隊已經達到了一個新的數字：67.5公里/（秒·百萬秒差距）。該團隊通過分析費米伽瑪射線太空望遠鏡和大氣伽瑪切倫科夫成像望遠鏡的數據，得出了這一結論，以確定來自遙遠源頭的伽瑪射線如何與滲透到宇宙中的“霧”相互作用。

這種霧也稱為河外背景光（EBL），它由恆星和其他天體發出的所有紫外線、可見光和紅外光組成。當伽馬射線與EBL相互作用時，會留下一個印記，科學家可以對其進行分析，以確定有關其“長途旅程”的新線索，以及這些“旅程”將持續多長時間。

該研究的作者Marco Ajello表示：“我們知道，來自銀河外源的伽馬射線光子在宇宙中傳播到地球，在那裏它們可以通過與星光中的光子相互作用而被吸收。相互作用的速度取決於它們在宇宙中旅行的時間。他們旅行的長度取決於擴展。如果膨脹速度慢，則它們會行進一小段距離。如果速度很快，它們會傳播很遠的距離。因此，我們測量的吸收量在很大程度上取決於哈勃常數的值。我們所做的就是扭轉這一局面，並用它來限制宇宙的膨脹速度。”

新的測量值為67.5公里/（秒·百萬秒差距），這意味着宇宙的膨脹速度可能比通常認為的慢。例如，在2012年，使用Spitzer空間望遠鏡進行的一項研究計算出的哈勃常數為74.3公里/（秒·百萬秒差距）。另一項使用哈勃太空望遠鏡的研究將這一數字定為73.2公里/（秒·百萬秒差距）。

儘管微小的變化對地球上的普通人來説並沒有多大意義，但完善哈勃常數對於理解宇宙的過去，現在和未來至關重要。

該研究的作者Dieter Hartmann表示：“天文學界正在投入大量的金錢和資源來進行包括所有不同參數在內的精密宇宙學研究，包括哈勃常數。我們對這些基本常數的理解已經定義了我們現在所知道的宇宙。當我們對其理解變得更加精確時，我們對宇宙的定義也會變得更加精確，這將帶來新的見解和發現。”

該研究發表在《天體物理學雜誌》上。