宇宙到底膨脹得多塊？最精確的近域宇宙膨脹率還是解決不了哈勃常數(shù)爭議

一項對天文觀測數(shù)據(jù)的新綜合分析證實了（關(guān)于哈勃常數(shù)）長期存在的爭議，這可能指向超出當前模型的物理學(xué)。

圖片來源：美國國家光學(xué)紅外天文研究實驗室（NOIRLab）

一個國際天文學(xué)家合作團隊完成了迄今為止對近域宇宙膨脹速度最精確的測量之一。這一結(jié)果加劇了現(xiàn)代宇宙學(xué)中最重要的挑戰(zhàn)之一。美國國家科學(xué)基金會資助的美國國家光學(xué)紅外天文研究實驗室（NOIRLab）的天文學(xué)家約翰·布萊克斯利（John Blakeslee）是該合作團的成員；來自美國國家光學(xué)紅外天文研究實驗室的兩個項目的望遠鏡也提供了數(shù)據(jù)支持。

天文學(xué)家一直試圖通過兩種本質(zhì)上不同的方法來測量宇宙的膨脹速率。一種方法依賴于測量近域宇宙中恒星和星系的距離。另一種方法則利用宇宙微波背景輻射的觀測數(shù)據(jù)，在標準宇宙學(xué)模型下推算當前的膨脹速率。

理論上，這兩種方法應(yīng)當?shù)玫较嗤慕Y(jié)果，但實際上并非如此。基于近域宇宙的測量結(jié)果通常給出較高的膨脹速率——大約為73千米每秒每兆秒差距；而基于早期宇宙推算的數(shù)值則較低，大約為67或68。盡管數(shù)值差異看似不大，但這遠遠超出了統(tǒng)計不確定性所能解釋的范圍。這種持續(xù)存在的分歧被稱為“哈勃常數(shù)爭議”（Hubble tension），并已在多項獨立的研究和不同的測量方法中被觀測到。

通過將數(shù)十年的獨立觀測整合到一個統(tǒng)一框架中，這一國際天文學(xué)家團隊實現(xiàn)了迄今為止對近域宇宙膨脹速率最精確的直接測量。在4月10日發(fā)表于《天文學(xué)與天體物理學(xué)》的一篇論文中，H0距離網(wǎng)絡(luò)（H0DN）合作組報告哈勃常數(shù)為73.50 ± 0.81千米每秒每兆秒差距，對應(yīng)的精度略高于1%。

橫軸為哈勃常數(shù)（單位：千米每秒每秒差距）。縱軸為哈勃常數(shù)的數(shù)據(jù)來源，從上到下三個類別分別為：早期宇宙、（近域）直接觀測和強引力透鏡。其中黃色高亮的是本篇研究的結(jié)果。圖中綠色和紅色的陰影區(qū)域表明了哈勃常數(shù)爭議的存在，即數(shù)值本身的差距在統(tǒng)計誤差之外。圖片來源：https://doi.org/10.1051/0004-6361/202557993

這項題為《近域距離網(wǎng)絡(luò)：關(guān)于以約1%精度測量哈勃常數(shù)的社區(qū)共識報告》的研究，是2025年3月在瑞士伯爾尼國際空間科學(xué)研究所（ISSI）舉辦的“H0od之下有何秘密？”突破性研討會上啟動的廣泛社區(qū)合作所取得的成果。

“這不僅僅是一個新的哈勃常數(shù)值”，該合作團隊指出，“這是一個由科學(xué)界共同構(gòu)建的框架；它將數(shù)十年來獨立的距離測量結(jié)果整合在一起，既透明又易于獲取。”

美國國家光學(xué)紅外天文研究實驗室為這一工作提供了專業(yè)知識和觀測數(shù)據(jù)支持。該機構(gòu)的天文學(xué)家、研究與科學(xué)服務(wù)主任約翰·布萊克斯利也是合作成員之一。這項研究的數(shù)據(jù)來自于美國國家光學(xué)紅外天文研究實驗室的的項目：位于智利的托洛洛山美洲天文臺（CTIO）和美國亞利桑那州的基特峰國家天文臺（KPNO）的望遠鏡。這些數(shù)據(jù)被整合進一個涵蓋地面與空間觀測站的更大合作框架中，從而增強了整體結(jié)果的可靠性。

研究團隊并未依賴單一的方法，而是構(gòu)建了一個“距離網(wǎng)絡(luò)”，將多種測量近域宇宙距離的技術(shù)連接起來。這些方法觀測了脈動造父變星、具有已知亮度的紅巨星、Ia型超新星以及特定類型的星系。這個方法使得多個獨立研究能夠指向同一最終結(jié)果，并允許天文學(xué)家們進行關(guān)鍵的檢驗：哈勃常數(shù)爭議是否源于某一種方法的誤差？結(jié)果表明這種可能性很低。即使從分析中移除某些獨立的觀測數(shù)據(jù)，整體結(jié)果變化也很小。各項獨立測量彼此一致，從而強化了對鄰近宇宙膨脹速率測量的可靠性。

“這項工作明確地排除了將哈勃常數(shù)爭議歸因于近域距離測量中某個被忽視的單一誤差的解釋”，論文作者們總結(jié)道，“如果正如越來越多的證據(jù)所表明的那樣，這個常數(shù)爭議確實存在，它可能指向超出標準宇宙學(xué)模型的新物理。”

這一結(jié)果意義重大。由早期宇宙推導(dǎo)出的較低膨脹率依賴于描述了自大爆炸以來宇宙的演化的標準宇宙學(xué)模型。如果該模型是不完整的——例如未能充分解釋暗能量、新粒子或引力修正——那么它對當前膨脹速率的預(yù)測就會受到影響。

在這種情況下，哈勃常數(shù)爭議可能不是測量誤差的結(jié)果，而是當前宇宙模型缺失關(guān)鍵組成部分的證據(jù)。近域距離網(wǎng)絡(luò)也為未來的研究建立了一個框架。通過公開他們的方法和數(shù)據(jù)，這個合作團隊為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。下一代觀測設(shè)備有望提供更精確的數(shù)據(jù)，天文學(xué)家將努力確定哈勃常數(shù)爭議最終是否會被解決，還是將繼續(xù)指向新的物理理論。

來源：牧夫天文

編輯：辣條

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