哈勃张力解决了吗？天文学家竞相保存宇宙学标准模型

天文学家仍然无法确定宇宙膨胀率的正确值。

我们的模型帮助我们解释了我们所看到的情况。但我们可能需要改变它！

图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI

宇宙正在加速膨胀，然而，这种膨胀的本质——为什么会膨胀以及为什么会以如此快的速度膨胀——尚不确定。其中一个罪魁祸首被称为“暗能量”，这是一种可以被视为反重力的假设形式的能量。  虽然暗能量到底是什么仍然未知，但作为宇宙学常数，天文学家可以大致同意它对测量宇宙膨胀率（称为哈勃常数）的影响。但现在不再了。

在过去的几个月里，关于宇宙膨胀率的新测量的研究成果和新闻不断涌现。这是宇宙学中的一个热门话题。在过去的几年里，由于不同测量方法所带来的价值之间存在鸿沟，早期的共识已经消失。这个被称为“哈勃张力”的问题成为焦点，宇宙学家和天体物理学家争论着一种测量方法及其由此产生的数字，而不是另一种。但没有明显的赢家。 

怎么可能不成为核心问题呢？宇宙学的标准模型——宇宙从大爆炸开始，呈指数级膨胀，从那时起一直在膨胀（由常规物质、暗物质和暗能量按 5:25:70 的比例组成）——可能会受到威胁。人类送入轨道来测量异常现象的最先进的天文台无法就膨胀率的单一值达成一致。 

其中之一是普朗克天文台，它观察了宇宙微波背景（CMB）。这是宇宙中发出的第一道光。它被认为是大爆炸的光回声，一旦宇宙冷却到足以形成中性原子，光就不再受它们束缚，就会发出光。

根据宇宙微波背景辐射的数据，科学家们计算出宇宙正在以每兆秒差距每秒 67.4 公里的速度膨胀，其中 1 兆秒差距相当于 326 万光年。这意味着，如果两个星系相距 1 兆秒差距，宇宙的膨胀将使它们看起来像是以每秒 67.4 公里（42 英里）的速度相互远离。

天文学家以不同的方式测量宇宙中的距离。一种是使用标准蜡烛，即具有相同内在光度的物体，因此通过测量它们看起来有多暗，我们可以算出它们的距离有多远。哈勃太空望远镜测量了其中几个标准蜡烛。尤其是其中一颗，造父变星特别有用。这就是天文学家用来计算宇宙膨胀率的方法。但是 – 这是一个不同的数字：每秒 73 公里每兆秒差距。

每个数字的不确定性都很小，而且它们不重叠。就好像宇宙中有两种膨胀率，一种是非常早期的宇宙，另一种是最近几十亿年左右的膨胀率。然而，宇宙学的标准模型，即我们目前关于宇宙是什么样子的最佳理论，表明它应该是相同的。所以要么我们的模型是错误的，要么我们的测量是错误的。因此我们就有了哈勃张力。

多个天文台已尝试使用标准蜡烛来测量膨胀率。即使是有史以来发射到太空的最强大的太空望远镜 JWST，在造父变星方面也被发现与哈勃一致。 

新的解决方案？

考虑到固有的不确定性，哈勃常数的值与从宇宙微波背景得到的值是一致的。但它不能排除新物理学的出现。

目前，我们还没有正确的解决方案的答案，但早在四月份，相隔几天的研究表明了一些令人兴奋的新见解。暗能量光谱仪（DESI）发布了最大的宇宙3D地图，使研究人员能够独立估计8至110亿年前宇宙的膨胀率。事实证明，它与宇宙微波背景相符。

最近出现了另一个挑战。芝加哥大学温迪·弗里德曼教授领导的团队也利用 JWST 来更好地估计哈勃常数。他们的工作使用三种独立的方法来估计同一星系中的距离，并测量不同的标准烛光（包括造父变星）。  

这种方法经过优化，可确保每种距离测量方法尽可能准确。弗里德曼教授和她的团队发现，膨胀速率为每兆秒差距每秒 69.96 公里（43.5 英里）。包括其不确定性在内，该值与宇宙微波背景一致，但弗里德曼还没有准备好声称哈勃张力现在刚刚消失。她指出，仍需要更多观察。 

“距离最远的星系给出的结果与附近的星系不同。距离较远的星系的测量分辨率较低且不太准确。因此，JWST 仍需确定那些距离最远的天体是否存在问题。遥远的天体还没有 JWST 数据，”弗里德曼教授告诉 Science-News.dev。

我们所知道的物理学安全吗？

在不确定性中，新的物理学可能潜伏着。最近的一项提议考虑了宇宙诞生之初就存在的一种新型暗能量。与今天继续存在的暗能量不同（尽管我们不知道它是什么），这个被称为“早期暗能量”的版本只会存在很短的一段时间。不过，它的存在将解决哈勃的紧张局势。 

这种暗能量的存在使得模拟中早期明亮星系的数量增加。一石二鸟的结果。如果这是正确的，这将取决于未来的观察。哈勃的张力可能会消失，星系演化的范式可能会通过其他方式改变。

“考虑到固有的不确定性，哈勃常数的值与从宇宙微波背景获得的值一致。但它不能排除新的物理学。这项工作清楚地表明，在需要添加到标准宇宙学模型之前，需要更多的数据， ”弗里德曼教授告诉 Science-News.dev。 

DESI 的发现以及弗里德曼教授及其团队的工作是哈勃张力传奇中令人兴奋的进展。他们提出了一种接近 CMB 测量值的解决方案。不过，就目前而言，不确定性仍然存在，并且将一直存在，直到天文学家能够就紧张局势出现的确切原因以及需要纠正的地方达成一致。

哈勃张力可能确实会消失，但我们必须等待，看看它是来自于摧毁我们当前宇宙模型的爆炸，还是来自于纠正我们的观测结果的呜咽。