[论文解读] The Case for a Hubble Constant of 30 km/s/Mpc

James G. Bartlett, Alain Blanchard+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 1994

Cosmology and Gravitation Theories被引用 5

一句话总结

本文主张哈勃常数为30 km/s/Mpc，提出该较低数值可通过确保宇宙足够古老以避免当前的年龄危机，从而解决宇宙学中的关键矛盾，产生与观测一致的冷暗物质功率谱，并预测与X射线星系团数据相符的星系团丰度和质量比。作者提出该理论优势优于当时公认的50–90 km/s/Mpc范围。

ABSTRACT

Although cosmologists have been trying to determine the value of the Hubble constant for nearly 65 years, they have only succeeded in limiting the range of possibilities: most of the current observational determinations place the Hubble constant between 50 km/s/Mpc and 90 km/s/Mpc. The uncertainty is unfortunate because this fundamental parameter of cosmology determines both the distance scale and the time scale, and thereby affects almost all aspects of cosmology. Here we make the case for a Hubble constant that is even smaller than the lower bound of the accepted range, arguing on the basis of the great advantages, all theoretical in nature, of a Hubble constant of around 30 km/s/Mpc. Those advantages are: (1) a comfortable expansion age that avoids the current age crisis; (2) a cold dark matter power spectrum whose shape is in good agreement with the observational data and (3) which predicts an abundance of clusters in close agreement with that of x-ray selected galaxy clusters; (4) a nonbaryonic to baryonic mass ratio that is in better agreement with recent determinations based upon cluster x-ray studies. In short, such a value for the Hubble constant cures almost all the ills of the current theoretical orthodoxy, a flat Universe comprised predominantly of cold dark matter.

研究动机与目标

• 通过提出更低的哈勃常数值来解决当前宇宙学中的年龄危机。
• 调和冷暗物质功率谱的理论预测与观测数据的一致性。
• 使理论预测的星系团丰度与X射线选中的星系团观测结果一致。
• 改善非重子物质与重子物质质量比与近期X射线星系团研究的一致性。
• 基于理论一致性，挑战当时公认的50–90 km/s/Mpc范围，主张采用低至30 km/s/Mpc的数值。

提出的方法

• 使用30 km/s/Mpc的哈勃常数对宇宙膨胀历史进行理论建模。
• 计算该哈勃常数下宇宙的年龄，以评估其与恒星年龄的一致性。
• 将该哈勃常数预测的冷暗物质功率谱形状与观测数据进行比较。
• 基于新的哈勃常数估算星系团丰度，并与X射线选中的星系团巡天结果进行比较。
• 利用X射线星系团数据评估非重子物质与重子物质质量比，并与理论预测进行对比。
• 使用哈勃常数标定宇宙学模型中的距离与时间比例。

实验结果

研究问题

• RQ1 30 km/s/Mpc的哈勃常数是否通过使宇宙足够古老而解决当前宇宙学中的年龄危机？
• RQ2 30 km/s/Mpc的哈勃常数所预测的冷暗物质功率谱形状是否与观测数据一致？
• RQ3 在30 km/s/Mpc的哈勃常数下，星系团丰度的理论预测是否与X射线选中的星系团巡天观测结果相符？
• RQ4 该模型预测的非重子物质与重子物质质量比是否与近期X射线星系团测量结果一致？
• RQ5 30 km/s/Mpc的哈勃常数能否为平坦的、冷暗物质主导的宇宙提供更一致的理论框架？

主要发现

• 30 km/s/Mpc的哈勃常数使宇宙年龄足够大，可轻松解决当前的年龄危机，避免与最古老观测恒星产生冲突。
• 该哈勃常数预测的冷暗物质功率谱形状与观测数据高度一致。
• 该模型预测的星系团丰度与X射线选中的星系团实际观测数量非常吻合。
• 该模型推导出的非重子物质与重子物质质量比与近期X射线星系团研究结果更为一致。
• 在年龄、结构形成以及质量比方面，理论一致性支持采用30 km/s/Mpc的哈勃常数，而非当时公认的50–90 km/s/Mpc范围。