诺贝尔物理学奖得主亚当·里斯讲述来自宇宙膨胀的惊奇发现
第23届国际广义相对论和引力会议于7月4日至8日以线上线下相结合的方式在中国召开。这是这个国际引力学界三年一度的系列学术盛会首次在中国召开。这次会议由中国科学院理论物理研究所主办,并和中国物理学会引力与相对论天体物理分会2022年学术年会合并召开,会议的线下部分在中科院物理所长三角物理研究中心举行。
作为本次会议的公众报告,来自美国约翰·霍普金斯大学的2011年诺贝尔物理学奖获得者Adam Riess(亚当·里斯)教授在2022年7月7日早上9点做了题为“Surprises from the Expansion of the Universe(来自宇宙膨胀的惊奇发现)”的科普报告,并解答了多名听众的热烈提问。报告由中国科学院理论物理研究所所长、中国科学院院士蔡荣根主持。
蔡荣根院士主持报告
在报告开始前,蔡荣根院士首先简要介绍了Adam Riess教授。他是约翰·霍普金斯大学Bloomberg杰出教授和Thomas J. Barber太空研究教授,并兼职于太空望远镜科学研究所。他是一位观测宇宙学家,同时也是美国国家科学院院士。他曾获得过麦克阿瑟奖金、物理突破奖、爱因斯坦奖章、邵逸夫奖和格鲁伯宇宙学奖。他关于宇宙加速膨胀的观测为他赢得了2011年诺贝尔物理学奖。
蔡荣根院士随后介绍了Adam Riess教授最近二十年对哈勃常数坚持不懈的测量,特别是他所领导的SH0ES团队借助距离阶梯对哈勃常数的最新测量与普朗克卫星给出的宇宙学标准模型中的哈勃常数存在超过5个标准偏差的冲突,这对宇宙学标准模型提出了严肃的挑战。
诺奖得主Adam Riess教授做公众报告
Adam Riess教授首先介绍了去年年底由HST、SH0ES和Pantheon+等三个团队联合给出的对哈勃常数局域测量到目前为止最精确的结果,并以此引出哈勃常数危机。
Adam Riess教授接着介绍了宇宙加速膨胀的基本背景,并介绍了如何用局部距离阶梯方法对哈勃常数进行模型无关的直接测量。局部距离阶梯方法包含了三段距离阶梯,第一段距离阶梯利用三角视差法、脉泽星和分离的食双星等几何锚定分别测量银河系、NGC4258和大麦哲伦星系内的造父变星的距离;然后利用这些已经定标的造父变星,在第二段距离阶梯上测量37个同时存在造父变星和超新星的宿主星系内共42颗Ia型超新星的距离;最后利用这些已经定标的Ia型超新星,在第三段距离阶梯上测量处于哈勃流上的277颗Ia型超新星的距离。利用这些Ia型超新星的距离和红移关系,我们就可以直接测量哈勃常数。
Adam Riess教授随后逐一分析了在这三段距离阶梯测量过程中可能的测量误差和系统误差,并对几个经常被问及的问题进行了解答,包括(1)银河系外造父变星是否和我们银河系内的造父变星性质类似?(2)哈勃空间望远镜对造父变星的测光是否可靠?(3)造父变星的聚集背景是否会减弱哈勃常数的测量准确度?(4)造父变星的金属丰度是否会减弱哈勃常数的测量准确度?(5)造父变星和红巨星支顶端的距离测量是否一致?(6)距离阶梯测量的不同锚定是否一致?(7)我们是否生活在一个巨大的空洞中?(8)距离阶梯末端的Ia型超新星会有什么不同吗?(9)我们能够通过改变每个宿主星系内的尘埃消光律来解决哈勃常数危机吗?
Adam Riess教授最后指出了解决哈勃常数危机的两种可能方案,一种是存在超出标准宇宙学模型的新物理,另一种是局部测量存在某些未知的系统误差。他特别提到了最近发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜和将来盖亚卫星和激光干涉引力波天文台的新数据发布,以及即将发射的欧几里得卫星,它们都将对哈勃常数危机的最终解决带来新的契机。
来自线上线下的听众提出了许多有趣而富有启迪的问题,Adam Riess教授逐一进行了解答。这些问题包括我们的宇宙是否可能是各向异性的,SH0ES组和CCHP组对红巨星支顶端的距离测量为什么会有3%的不一致性,以及对最近有关Ia型超新星宿主星系的尘埃性质的研究的看法等等。
本次报告通过zoom、视频号、B站、蔻享学术、科学网、抖音、微博等多个平台同步直播,来自线上线下共计16万余人次聆听了报告。蔻享学术、科学网、中国科讯、中科院高能所、《现代物理知识》杂志等提供了媒体支持。