使用國際范圍內(nèi)的射電望遠鏡收集的一組新的精確距離測量值，極大地增加了理論家修改描述宇宙基本性質(zhì)的“標準模型”的可能性。

新的距離測量結(jié)果使天文學家可以改進哈勃常數(shù)(即宇宙的膨脹率)的計算，該值對于測試描述宇宙的組成和演化的理論模型非常重要。問題在于，當應(yīng)用于普朗克衛(wèi)星對宇宙微波背景的測量時，新的測量值會加劇先前測量的哈勃常數(shù)值與模型預(yù)測的值之間的差異。

“我們發(fā)現(xiàn)星系比宇宙學標準模型所預(yù)測的更接近，從而證實了其他類型的距離測量中發(fā)現(xiàn)的問題。關(guān)于這個問題是存在于模型本身還是用于測試它的測量中存在爭議。美國國家射電天文臺的詹姆斯·布雷茨說：“這項工作使用了一種完全獨立于其他所有方法的距離測量技術(shù)，我們加強了測量值與預(yù)測值之間的差異。很可能是預(yù)測所涉及的基本宇宙學模型才是問題所在。” (NRAO)。

Braatz領(lǐng)導Megamaser宇宙學項目，這是一項國際性的工作，旨在通過尋找具有特定性質(zhì)的星系來測量哈勃常數(shù)，從而使其產(chǎn)生精確的幾何距離。該項目使用了美國國家科學基金會的超長基線陣列(VLBA)，卡爾·詹斯基超大陣列(VLA)和羅伯特·C·伯德·格林銀行望遠鏡(GBT)，以及德國的埃菲爾斯堡望遠鏡。研究小組在《天體物理學雜志快報》上報告了他們的最新結(jié)果。

埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)的名字是軌道飛行的哈勃太空望遠鏡的名字，他于1929年首先通過測量到星系的距離及其后退速度來計算宇宙的膨脹率(哈勃常數(shù))。一個星系越遠，它從地球退縮的速度就越大。如今，哈勃常數(shù)仍然是觀測宇宙學的基本屬性，也是許多現(xiàn)代研究的重點。

測量星系的衰退速度相對簡單。但是，對于天文學家來說，確定宇宙距離一直是一項艱巨的任務(wù)。對于我們自己的銀河系中的物體，天文學家可以通過測量從太陽繞地球軌道的相反側(cè)觀察時物體位置的表觀位移來獲得距離，這種效應(yīng)稱為視差。1838年首次對恒星的視差距離進行了測量。

除了我們自己的星系之外，視差還很小，無法測量，因此天文學家依賴于稱為“標準蠟燭”的物體，之所以這樣命名，是因為它們的固有亮度被認為是已知的。到已知亮度的物體的距離可以根據(jù)該物體從地球出現(xiàn)的暗淡程度來計算。這些標準蠟燭包括稱為造父變星的一類恒星和稱為Ia型超新星的特定類型的恒星爆炸。

估計膨脹率的另一種方法涉及觀察遙遠的類星體，它們的光由于前景星系的引力作用而彎曲成多個圖像。當類星體的亮度變化時，該變化在不同的時間出現(xiàn)在不同的圖像中。測量該時間差以及計算彎曲的幾何形狀可得出膨脹率的估算值。

根據(jù)標準蠟燭和重力透鏡類星體確定的哈勃常數(shù)得出的數(shù)字為73-74公里/秒(速度)/兆帕(天文學家偏愛的單位)。

但是，將標準宇宙學模型對哈勃常數(shù)進行的預(yù)測應(yīng)用于宇宙微波背景(CMB)的測量(來自大爆炸的剩余輻射)會產(chǎn)生67.4的值，這是一個明顯且令人不安的差異。天文學家說，這種差異超出了觀測中的實驗誤差，對標準模型具有嚴重的影響。

該模型稱為Lambda Cold Dark Matter或Lambda CDM，其中“ Lambda”是指愛因斯坦的宇宙常數(shù)，是暗能量的表示。該模型主要在普通物質(zhì)，暗物質(zhì)和暗能量之間劃分宇宙的組成，并描述宇宙自大爆炸以來如何演化。

Megamaser宇宙學項目的重點是星系，在星系中心有含水的分子氣體盤繞超大質(zhì)量黑洞運動。如果在軌道盤的近端幾乎是從地球上看到的，則可以使用稱為masers(類似于可見光激光器的無線電類似物)的無線電發(fā)射亮點來確定盤的物理尺寸及其角度范圍，因此，通過幾何圖形，其距離。該項目團隊使用全球范圍內(nèi)的射電望遠鏡進行這項技術(shù)所需的精確測量。

在最新的工作中，該團隊將距離測量結(jié)果精煉為四個星系，其距離從1.68億光年到4.31億光年不等。結(jié)合先前對其他兩個星系的距離測量，他們的計算得出的哈勃常數(shù)值為73.9 km / s / megaparsec。

“測試宇宙學的標準模型是一個非常具有挑戰(zhàn)性的問題，需要對哈勃常數(shù)進行最佳測量。哈勃常數(shù)的預(yù)測值和測量值之間的差異是整個物理學中最基本的問題之一，因此我們希望進行多次獨立的測量來證實問題并測試模型。我們的方法是幾何的，并且完全獨立于其他所有方法，這加劇了差異。”天體物理學中心研究員Dom Pesce說|哈佛和史密森學會，以及最新論文的主要作者。

“測量宇宙膨脹率的maser方法很優(yōu)雅，并且與其他方法不同，它基于幾何。通過測量圍繞黑洞的吸積盤中maser點的極精確位置和動力學，我們可以確定距離到宿主星系，然后到膨脹率。我們這項獨特技術(shù)的結(jié)果加強了觀測宇宙學中一個關(guān)鍵問題的論據(jù)。”天體物理學中心的馬克·里德說哈佛大學和史密森學會，以及Megamaser宇宙學項目小組的成員。

Braatz說：“我們對哈勃常數(shù)的測量與其他最近的測量非常接近，并且在統(tǒng)計學上與基于CMB和標準宇宙學模型的預(yù)測有很大不同。所有跡象表明，標準模型需要修改。”

天文學家有各種方法來調(diào)整模型以解決差異。其中一些包括改變關(guān)于暗能量性質(zhì)的假設(shè)，遠離愛因斯坦的宇宙常數(shù)。其他人則著眼于粒子物理學的根本變化，例如改變中微子的數(shù)量或類型或它們之間相互作用的可能性。還有其他可能性，甚至更具異國情調(diào)，目前科學家尚無明確的證據(jù)來區(qū)分它們。

“這是觀察與理論之間相互作用的經(jīng)典案例。LambdaCDM模型已經(jīng)運行了很多年，但是現(xiàn)在觀察清楚地指出了一個需要解決的問題，看來問題在于模型，佩斯說。