星系的运动表明宇宙可能比我们想象的更年轻

我们认为宇宙已有 138 亿年的历史，但我们会错吗？一项对束缚星系的新研究提供了一条未经探索的线索。

根据卫星星系的运动，宇宙可能比我们想象的更年轻，这些运动揭示了它们是最近才落入星系群的。

根据欧洲航天局普朗克任务对宇宙微波背景辐射 (CMB) 的测量，宇宙的年龄约为 138 亿年。该计算基于所谓的宇宙学标准模型，该模型描述了一个由暗能量和暗物质主导的平坦宇宙，并且正在加速膨胀。 

然后，标准模型被用作超级计算机模拟的基础，可以描绘宇宙中大规模结构的增长——星系、星系团以及巨大的星系链和星系墙。 

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然而，这些模型现在与对星系对运动的新测量结果发生了冲突，这些测量结果与模拟告诉我们的不符。

在一项新研究中，中国科学院国家天文台郭琪领导的天文学家研究了星系群中的成对卫星。

星系群是星系的小集合，例如我们自己的本星系群，其中一些大星系与一群较小的星系结合在一起。与较大的星系团一样，这些星系团在跨越宇宙的宇宙物质网中的细丝相遇的地方形成，较小的星系在落入星系团之前沿着细丝移动。

Qi 的团队利用斯隆数字巡天 (SDSS) 对距离地球约 6 亿光年范围内的 813 个星系群进行的观测，重点关注每个星系群中质量最大的星系，并测量了该星系两侧的卫星对的移动方式。

他们发现，卫星星系相对于彼此反向旋转（换句话说，以相反方向绕大星系运行）的比例高于大规模结构的计算机模拟（例如千年模拟和Illustris TNG300 模型，两者均基于普朗克任务描述的标准模型。

如果卫星刚刚落入围绕该星系群中较大星系的轨道，这是一种自然的情况。但随着时间的推移，星系团和星系团应该达到动态松弛状态，大多数卫星都会同步旋转。如果星系群和星团按照标准模型建议的那样合并，那么反向旋转卫星的比例应该更小。事实上，它们占卫星的比例较大，这对标准模型来说是一个问题。

“我们在 SDSS 数据中发现，卫星星系正在吸积/落入巨大的星系团，与普朗克参数的模拟相比，正在进行组装的信号更强，”齐在一封电子邮件中告诉 Space.com。

换句话说，卫星星系似乎最近才分成各自的星系团。

“这表明宇宙比普朗克宇宙微波背景观测所表明的更年轻，”齐说。 “不幸的是，这项工作无法定量地估计宇宙的年龄。”

这是因为卫星对的运动和群体如何形成的模型仍然存在太大的余地，无法确定这些结果表明宇宙的年龄比 138 亿年年轻多少。

如果正确的话，那么新发现就意味着标准模型中存在问题，并且我们对宇宙的一些假设一定是错误的。事实上，科学家目前正在研究的一个宇宙悖论可能就是答案。

宇宙的膨胀率由一个称为哈勃常数的数字定义。普朗克测量的哈勃常数为每秒每兆秒差距 67.8 公里，换句话说，每兆秒差距的空间体积每秒膨胀 67.8 公里（42.1 英里）。 （一兆秒差距约为（326 万光年）。根据这一膨胀率，宇宙学家能够通过倒带时钟来计算出宇宙的年龄为 138 亿年。

然而，对正在爆炸的白矮星 Ia 型超新星红移的观测表明，哈勃常数的值为每秒每兆秒差距 73.2 公里（45.5 英里）。按照这样的膨胀速度，倒转时钟将得到 126 亿年的更年轻的年龄。

哈勃常数的两种测量都被认为是无可挑剔的，但它们却有很大的不同。这种悖论被称为“哈勃张力”。

当被问及星系群中卫星对所暗示的更年轻年龄是否支持超新星测量的更快膨胀速度时，齐说：“这当然可能与哈勃张力问题有关。”

然而，还有其他障碍需要克服。如果我们将宇宙的年龄降低太多，那么天文学家就会发现自己处于尴尬的境地，因为已知恒星的年龄比宇宙本身还要老。

也许解释在于标准模型的其他方面。例如，该模型严重依赖暗物质，但到目前为止科学家还不知道暗物质是什么。其他研究人员认为，暗物质根本不存在，其引力效应可以通过低加速度下引力定律的修改来解释，例如卫星星系在更远的距离上运行所经历的引力定律。齐的团队确实发现，轨道半径较大的卫星对更有可能反向旋转。

现在，欢迎提供更多数据。齐说，同样的现象也适用于较大的星系团，但星系团往往距离较远，而且目前有限的样本量和较差的数据质量使得任何测量都没有结论。

宇宙是古老的，无论哪个年龄值是正确的，但这些新结果表明它可能能够夺回一些青春。

新发现于 1 月 22 日发表在《自然天文学》杂志上。 

最初发布于Space.com。