在大约1个世纪以前,天文学家埃德温·哈勃通过对宇宙星系中Ia型超新星爆发时的光谱分析,发现了宇宙正在膨胀!他是怎样发现的呢?
缘起——宇宙膨胀是怎样发现的?哈勃通过威尔逊山天文台的2.54米口径反射望远镜观测到的20多个根据Ia型超新星爆发准确测定了距离的星系的光谱分析中发现,所有方向上的远方星系的光谱都发生了红移,且距离我们越远的星系,光谱红移越厉害!根据光的多普勒效应,这表明这些星系正以高速远离我们,且距离我们越远,远离我们的速度越快。
( 哈勃测量星系红移)
【小知识】Ia型超新星是一种小质量恒星演化到末期坍缩到电子简并态时形成的致密星体,一般质量再1.44倍太阳质量以下。当它们吸食周边恒星物质,导致其质量增加到1.44倍太阳质量左右时,就会突破钱德拉塞卡极限,从而发生超新星爆炸,由于白矮星爆发时无论是星体质量、物质成分等都大致相当,理论上它们的绝对光度(指相同距离下看到的光度)也是大致相同的。由此,我们就能根据它的光度来判断它的距离。
(NGC 2525星系中的超新星爆发,图源:哈勃)
哈勃在统计中发现了所有方向上星系都在远离地球,且距离越远,红移越大的规律后,科学家只能给出两种合理解释:1、地球是宇宙的中心,所有的星系都在向外加速远离地球;2、宇宙没用中心,宇宙空间正以一定的速率膨胀。
这两种解释都能得到相同的结果,哪一种更合理?答案是显而易见的,没有人会相信,地球会是宇宙的中心!所以,实际的情况是:宇宙正在膨胀!
(宇宙膨胀概念图,图源:Phys.org )
宇宙膨胀有多快?哈勃常数的测量在知道宇宙正在膨胀后,接下来要做的当然就是测量宇宙的膨胀率。最简单的就是用哈勃的观测数据直接算。前面说到,哈勃根据Ia型超新星爆发时的光度测量了它们所在星系的距离,这样跟星系光谱的红移值一一对应,就可以获得星系红移随距离的变化率,从而得到宇宙膨胀率,即哈勃常数。这种测量方法被称为宇宙距离阶梯红移法。