韦伯数据的新分析测量了宇宙膨胀率发现可能不存在哈勃张力

我们对宇宙了解很多，但天文学家仍在争论宇宙膨胀的速度到底有多快。事实上，在过去的二十年里，测量这个数字的两种主要方法——被称为“哈勃常数”——得出了不同的答案，这让一些人怀疑我们的宇宙运行模型是否缺少了一些东西。

但强大的詹姆斯韦伯太空望远镜的最新测量结果似乎表明，可能并不存在所谓的“哈勃张力”冲突。

在提交给《天体物理学杂志》的一篇论文中，芝加哥大学宇宙学家温迪·弗里德曼和她的同事分析了美国宇航局强大的詹姆斯·韦伯太空望远镜获取的新数据，该论文目前可在arXiv预印本服务器上找到。他们测量了10个附近星系的距离，并测得了当前宇宙膨胀速度的新值。

他们的测量结果是每秒每百万秒差距70公里，与哈勃常数的另一种主要测量方法重叠。

“根据这些新的詹姆斯·韦伯望远镜数据，并使用三种独立方法，我们没有发现哈勃张力的有力证据，”著名天文学家、芝加哥大学约翰和马里恩·沙利文天文学和天体物理学教授弗里德曼说。“相反，看起来我们用于解释宇宙演化的标准宇宙学模型是站得住脚的。”

哈勃张力?

1929年，芝加哥大学校友埃德温·哈勃(1910年本科毕业，1917年博士毕业)测量恒星时，我们就知道宇宙在不断膨胀。测量结果表明，最遥远的星系远离地球的速度比邻近星系更快。但要确定宇宙当前膨胀速度的确切数字却出奇地困难。

这个数字被称为哈勃常数，对于理解宇宙的背景故事至关重要。它是我们关于宇宙如何随时间演变的模型的关键部分。

弗里德曼解释道：“确认哈勃常数张力的真实性将对基础物理学和现代宇宙学产生重大影响。”

鉴于这些测量的重要性和难度，科学家使用不同的方法进行测试，以确保它们尽可能准确。

其中一种主要方法是研究宇宙大爆炸后留下的残留光，即宇宙微波背景。目前用这种方法对哈勃常数的最佳估计是每百万秒差距67.4公里，非常精确。

弗里德曼专攻的第二种主要方法是直接测量我们附近宇宙星系的膨胀，使用已知亮度的恒星。就像汽车灯在远处看起来更暗一样，距离越远，恒星看起来就越暗。测量距离和星系远离我们的速度，我们就能知道宇宙膨胀的速度有多快。

过去，使用此方法进行测量得到的哈勃常数数值较高——接近每秒每兆秒差距74公里。

这种差异非常大，以至于一些科学家推测，我们的宇宙演化标准模型可能缺少一些重要的东西。例如，由于一种方法研究的是宇宙的早期，而另一种方法研究的是当前时代，因此也许宇宙中某些重大的东西随着时间的推移发生了变化。这种明显的不匹配被称为“哈勃张力”。

詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)为人类提供了一种强大的新工具，可以深入太空。哈勃望远镜的继任者于2021年发射，拍摄了令人惊叹的清晰图像，揭示了遥远世界的新面貌，并收集了前所未有的数据，为宇宙打开了新的窗口。

弗里德曼和她的同事利用望远镜对十个附近的星系进行了测量，为测量宇宙的膨胀率奠定了基础。

为了交叉检验他们的结果，他们使用了三种独立的方法。第一种方法使用一种被称为造父变星的恒星，这种恒星的亮度会随时间发生可预测的变化。第二种方法被称为“红巨星分支尖端”，它利用了低质量恒星亮度达到固定上限的事实。

第三种也是最新的方法采用一种称为碳星的恒星，这种恒星在近红外光谱中具有一致的颜色和亮度。新分析首次在同一星系内同时使用这三种方法。

在每种情况下，这些值都在宇宙微波背景法给出的67.4公里/秒/百万秒差距的误差范围内。

弗里德曼说：“对我们来说，从三种完全不同类型的恒星中获得良好的一致性是一个强有力的信号，表明我们走在正确的道路上。”

这项研究的共同作者、卡内基科学研究所、芝加哥大学客座教授巴里·马多尔(BarryMadore)表示：“未来使用詹姆斯·韦伯太空望远镜进行的观测对于证实或反驳哈勃矛盾以及评估其对宇宙学的影响至关重要。”