我们的宇宙正在膨胀 ， 但我们衡量膨胀速度的两种主要方法得出了不同答案 。 在过去的十年里 ， 天体物理学家逐渐分成两个阵营：一个阵营认为差异很大 ， 另一个阵营认为这可能是由于测量误差造成的 。 如果事实证明是错误导致了不匹配 ， 这将证实我们关于宇宙如何运行的基本模型 。 另一种可能是一条线 ， 当它被拉出来时 ， 会表明需要一些基本缺失的新物理来将其缝合在一起 。 几年来 ， 来自望远镜的每一项新证据都让争论来回“摇摆” ， 产生了所谓的“哈勃张力” 。
著名天文学家温迪·弗里德曼(Wendy Freedman)是芝加哥大学约翰和马里恩·沙利文大学天文学和天体物理学教授 ， 他对宇宙膨胀率进行了一些原始测量 ， 导致哈勃常数的值更高 。 但在《天体物理学》期刊新接受的一篇新研究论文中 ， 弗里德曼概述了最新的观测结果 ， 结论是：最新的观察结果开始缩小差距 。 也就是说 ， 可能终究不会有冲突 ， 宇宙标准模型也不需要大幅修改 。 宇宙膨胀的速率被称为哈勃常数（以1929年发现宇宙膨胀的芝加哥大学校友埃德温·哈勃的名字命名） 。
科学家们想要精确地确定这一速率 ， 因为哈勃常数与宇宙的年龄以及它是如何随时间演变有关 。 在过去的十年里 ， 当两种主要测量方法的结果开始出现分歧时 ， 出现了实质性的偏差 ， 但科学家们仍在争论这种不匹配的重要性 。 测量哈勃常数的一种方法是观察大爆炸遗留下来非常微弱的光 ， 称为宇宙微波背景 。 无论是在太空中还是在地面上 ， 这都是通过芝加哥大学领导的南极望远镜等设施完成 。 科学家可以将这些观测数据输入到早期宇宙标准模型中 ， 并及时将其向前推进 ， 以预测今天的哈勃常数应该是多少 。
得到的答案是67.4km/s/Mpc ， 另一种方法是观察附近宇宙中的恒星和星系 ， 测量它们的距离和远离我们的速度 。 弗里德曼几十年来一直是这一方法的主要专家；2001年 ， 她的团队使用哈勃太空望远镜进行了一次里程碑式的测量 ， 拍摄了被称为造父变星的恒星图像 ， 其数值是72km/s/Mpc 。 在那之后的几年里 ， 弗里德曼一直在继续测量造父变星 ， 每次都会查看更多的望远镜数据；然而在2019年 ， 她和同事们就发表了一个基于一种完全不同的方法的答案 ， 该方法使用的是被称为红巨星的恒星 。
这个想法是用一种独立的方法对造父变星进行交叉检验 。 红巨星是非常大且发光的恒星 ， 它们总是在迅速褪色之前达到相同的峰值亮度 。 如果科学家能够准确地测量红巨星的实际峰值亮度或内在峰值亮度 ， 那么就可以测量到它们所在星系的距离 ， 这是等式中必不可少但也很困难的一部分 ， 关键问题是这些测量的精确度有多高 。 之前的计算使用了一个非常接近的星系来校准红巨星光度 。 在过去的两年里 ， 弗里德曼和合作者计算了几个不同星系和恒星群的数据 。
弗里德曼说：现在有四种独立的方法来校准红巨星亮度 ， 它们彼此之间的误差在1%以内 ， 这表明 ， 这是一种非常好的测量距离的方式 。 弗里德曼说：我真的很想仔细观察造父变星和红巨星 ， 我很清楚他们的长处和短处 ， 我得出的结论是 ， 我们不需要基本的新物理学来解释宇宙不同距离的膨胀率差异 ， 新的红巨星数据表明它们是一致的 。 芝加哥大学研究生泰勒·霍伊特(Taylor Hoyt)一直在测量锚定星系中的红巨星 ， 他补充说：我们一直在以不同的方式测量和测试红巨星分支恒星 ， 它们一直超出我们的预期 。
【哈勃|宇宙膨胀速度为啥不同？造父变星和红巨星能揭示“哈勃张力”吗？】弗里德曼团队从红巨星获得的哈勃常数为69.8km/s/Mpc ， 与宇宙微波背景实验得出的值相同 。 使用造父变星的计算仍然给出了更高数值 ， 但根据弗里德曼的分析 ， 这种差异可能并不令人担忧 。 她解释说：造父变星的噪音一直比较大 ， 要完全理解起来也比较复杂；它们是星系活跃恒星形成区的年轻恒星 ， 这意味着像尘埃或其他恒星的污染这样的东西可能会扰乱测量 。
造父变星是星系中活跃恒星形成区中的年轻恒星 ， 这意味着像尘埃或其他恒星的污染这样的东西可能会扰乱测量结果 。 在她看来 ， 冲突可以通过更好的数据来解决 。 未来 ， 当詹姆斯·韦伯太空望远镜发射后 ， 科学家们将开始收集这些新的观测数据 。 弗里德曼和合作者已经获得了使用望远镜的时间 ， 这是一个重大计划 ， 目的是对造父变星和红巨星进行更多的测量 。 韦伯太空望远镜将给我们带来更高的灵敏度和分辨率 ， 数据很快就会变得更好 。
但与此同时 ， 她想仔细看看现有的数据 ， 她发现其中大部分实际上是一致的 。 弗里德曼说：这就是科学发展的方式 ， 你踢轮胎看看有没有放气的东西 ， 到目前为止 ， 没有爆胎 。 一些支持根本性失配的科学家可能会失望 ， 但对弗里德曼来说：这两个答案都令人兴奋 。 新物理学还有一些空间 ， 但即使没有空间 ， 也会表明我们拥有的标准模型基本上是正确的 ， 这也是一个需要得出的深刻结论 。 这就是科学的有趣之处：我们事先不知道答案 ， 我们是边走边学的 ， 在这个领域里 ， 这真的是一个令人兴奋的时刻 。
博科园｜研究/来自：芝加哥大学发表期刊《天体物理学》《Measurements of the Hubble Constant: Tensions in Perspective》博科园｜科学、科技、科研、科普
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