持续的困惑：新研究加深了对宇宙膨胀之谜的了解

如果您对现代宇宙学感到困惑，您并不孤单。宇宙学家自己也感到困惑，两项采用截然不同方法的新研究加剧了他们的集体困惑。这些研究测量的是宇宙膨胀的速度，即哈勃常数。近年来，天文学家们一直在为这个基本问题 找到奇怪的不同答案。

在一项备受期待的研究中，由芝加哥大学的 Wendy Freedman 领导的一个团队周二发布了该研究，该研究 将在 The Astrophysical Journal 中发表。他们发现我们的宇宙以每秒 69.8 公里/秒差距的速度膨胀，其中一秒差距等于 326 万光年。

但在上周发布在开放获取网站 arXiv 上的一项另一项研究中 ，一个由东京大学的 Kenneth Wong 和德国马克斯·普朗克研究所的 Sherry Suyu 领导的国际联合组织 H0LICOW，测量到宇宙的膨胀率为每秒 73.3 公里/秒差距。

结果很接近，但并非让所有人都满意的精确匹配。两支队伍都在这个争议了数十年的领域中树立了新的里程碑。它们加剧了使用不同方法测量宇宙膨胀的团队之间的紧张关系。

事关重大。哈勃常数的微小变化会影响科学界对宇宙年龄的最佳估计，相差数亿年。如果天文学家能够令人满意地确定哈勃常数，他们将有助于揭示导致宇宙膨胀加速的神秘暗能量的本质。

新的度量

Freedman 及其团队使用了一种新的确定哈勃常数的方法。他们利用哈勃太空望远镜和其他仪器测量了其他星系外围最亮的红巨星的亮度。这些古老的恒星是相对简单的天体，具有几乎均匀且广为人知的亮度，因此天文学家可以将精确的亮度测量转换为距离。

这种方法与之前的努力不同，包括 Freedman 在二十年前自己进行的哈勃太空望远镜关键项目。其他团队没有研究红巨星，而是使用食变星（一种亮度周期性变化的年轻恒星）来追踪我们膨胀的宇宙。使用食变星进行的近期测量发现哈勃常数约为 73。今年四月，由诺贝尔奖得主、太空望远镜科学研究所和约翰霍普金斯大学的 Adam Riess 领导的 SH0ES 团队测量出的速率为 74。

天文学家原本预计红巨星和食变星方法会给出相同的结果。但它们之间存在足以产生宇宙学意义的偏差。Riess 说，造成这种差异的原因是他的团队和 Freedman 的团队使用了不同的方法来处理尘埃的衰减效应。

Riess 说，如果 Freedman 的团队使用相同的方法，他们的哈勃常数结果将与 SH0ES 的结果非常接近。“这项结果实际上让我对我们的结果更有信心，”他说。

与之形成鲜明对比的是，H0LICOW 团队使用一种完全独立的方法，该方法依赖于几何学，而不是观测其他星系中的单个恒星。H0LICOW 监测了被前景星系引力透镜化的遥远类星体——大型星系中心的活动性超大质量黑洞。这些巨大星系的时空扭曲效应会产生透镜，将光线分裂，形成同一类星体的多个图像。结果，每幅图像的光线需要不同的路径才能到达地球。通过观察不同类星体图像在数月和数年内的亮度变化，H0LICOW 的天文学家测得的哈勃常数为 73.3。

“我们的结果与 SH0ES 的结果非常吻合，”Suyu 指出。

H0LICOW 和 SH0ES 尽管使用了截然不同的方法，却得出了相同的膨胀速率（在其误差范围内），这大大增加了人们对哈勃常数在 73 到 74 之间的信心。如果红巨星方法能够与这些其他方法相协调，天文学家可能会认为哈勃常数的问题已经解决。

普朗克的谜团

但还有一个结果与这种乐观的图景不符。几年前，一个分析欧洲空间局普朗克卫星不同数据的国际团队得出的哈勃常数为 67.4，误差范围很小。

通过普朗克，宇宙学家对宇宙微波背景（来自大爆炸的剩余辐射）的斑点图案进行了超精确的测量。由此产生的地图提供了关于构成宇宙的暗物质、普通物质和暗能量的大量信息。通过测量普朗克数据中这些宇宙成分的比例，宇宙学家可以预测哈勃常数应该是多少。

但 H0LICOW 和 SH0ES 的结果高于普朗克预测的 67.4，Riess 表示这种不匹配的测量误差出现的概率只有十万分之一。他认为这种差异可能是由于某种未知且可能非常令人兴奋的新物理现象。

Freedman 指出，她的团队的结果介于低值和高值之间，但仍然略微接近普朗克的值。然而，她并未排除其中一个或多个团队的微小测量误差可能导致哈勃常数不同的可能性。

“我认为这些结果表明，如果您只依赖一种方法，您可能会错过一些用单一方法难以发现的系统性问题，”她说。“这就是为什么您需要独立的方法。”

Suyu 则认为，这个问题远未解决：“随着每个探测器/团队努力减小其测量的误差并控制系统误差，哈勃常数的挑战仍在继续。独立的、新的哈勃常数探测也将非常有价值。”