星系運動揭示宇宙可能比我們想像的更年輕-我們認為宇宙可能有3.8億年，但可能我們錯了
一個星系團的例子，科普蘭七重奏。這些星系群中較小的衛星星系的運動是否意味著宇宙比我們想像的更年輕？（圖片來源：DESI Legacy成像調查/LBNL/DOE&KPNO/CTIO/NQIRLab/NSF/AURA）
根據衛星星系的運動，宇宙可能比我們想像的更年輕，這些運動揭示了它們最近如何落入一個星系群。
根據歐洲航天局普朗克任務對宇宙微波背景輻射（CMB）的測量，宇宙年齡約為138億年。這個計算是基於所謂的宇宙學標準模型，它描述了一個由暗能量和暗物質主導的扁平宇宙，並且以加速的速度膨脹。然後，標準模型被用作超級計算機模擬的基礎，可以描繪宇宙中大規模結構的增長星系，星系團和巨大的星系鏈和星系牆。然而，這些模型現在已經與對星系運動的新測量相衝突，這些測量與模擬告訴我們的不相符。
在一項新的研究中，中國科學院國家天文台的郭琦領導的天文學家研究了星系群中的一對衛星。星系群是星系的小集合，例如我們自己的本星系群，其中一些大星系由一群較小的星系組成。像較大的星系團一樣，這些星系團形成於橫跨宇宙的宇宙物質網中的地方，較小的星系在落入一個群體之前沿著細絲移動。利用斯隆數字巡天（SDSS）對距離地球約6億光年內的813個星系團觀測，團隊專注於每組中質量最大的星系，並測量了與星系運動相反方向的衛星如何組隊。
相對於彼此反向旋轉的衛星星系（換句話說，以相反的方向繞著大星系運行）的比例高於計算機模擬的大規模結構預測，例如千禧模擬和Wlustris TNG 300模型，它們都基於普朗克任務描述的標準模型。如果衛星剛剛落入該星系群中較大星系的軌道，這是一種自然狀態。但隨著時間的推移，星系團和星系團應該會達到動態的放鬆狀態，大多數衛星都在共同旋轉。如果星系群和星系團在標準模型建議的情況下合併，那麼反向旋轉衛星的比例應該更小。事實上，它們占衛星的更大比例是標準模型的一個問題。
「我們在SDSS數據中發現，與使用普朗克參數的模擬相比，衛星星系只是在增加/落入大質量群，正在進行組裝的信號更強，」他說。齊在一封電子郵件中告訴空間網站。換句話說，衛星星系似乎只是最近才落入各自的群中。"這表明宇宙比CMB的普朗克觀測建議的宇宙更年輕，"齊說。不幸的是，這項工作無法定量估計宇宙的年齡。這是因為在衛星對的運動和群體如何形成的模型中仍然有太多的迴旋餘地，無法確定比138億年年輕多少。如果正確，那麼新的發現意味著標準模型中有些不對勁，我們對宇宙的一些假設一定是錯誤的。事實上，科學家目前正在研究宇宙悖論。
宇宙的膨脹率由一個叫做哈勃常數的數字定義。普朗克測量的哈勃常數為每秒每兆帕秒67.8公里。換句話說，每兆帕秒的空間體積每秒膨脹67.8公里（42.1英里）。(一兆帕秒大約是(326萬光年。)根據這個膨脹率，宇宙學家能夠通過倒轉時鐘計算出宇宙的年齡為138億年。然而，對爆發白矮星的la型超新星的紅移觀測，給出了哈勃常數的值為每秒73.2公里（45.5英里）/兆帕秒。以這種膨脹率，倒轉時鐘將使年齡更年輕的126億年。
哈勃常數的兩種測量都被認為是無懈可擊的，但它們之間的差異很大。這個悖論被稱為「哈勃張力」。「這當然可能與哈勃張力問題有關，」當被問及星系群中的衛星對所暗示的較年輕年齡是否支持超新星測量的膨脹速度更快時，齊說。然而，還有其他障礙需要克服。如果我們把宇宙的年齡降低太多，那麼天文學家將發現自己處於尷尬的境地，因為已知恆星比宇宙本身更古老。哈勃常數是多少？什麼是大爆炸理論？什麼是暗能量？
宇宙可能更年輕也許解釋在於標準模型的其他方面。例如，該模型在很大程度上依賴於暗物質，但到目前為止，科學家還不知道暗物質是什麼。其他研究人員認為暗物質根本不存在，其引力效應可以通過低加速度下的重力定律的修改來解釋，例如衛星星系在更遠的距離上運行的重力定律。齊的團隊確實發現，軌道半徑較大的衛星對更有可能反向旋轉。
現在，更多的數據將受到歡迎。同樣的現象應該適用於較大的星系團，齊說，但星系團往往更遠，有限的樣本量和較差的數據質量目前使任何測量無法確定。宇宙是古老的，它的年齡值是正確的，這些新結果表明，它可能能夠抓住它的一些青春。這項新發現於1月22日發表在《自然天文學》雜誌上。
By：Keith Cooper
Fy：何丹懷
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