【正见新闻网2024年03月20日】
“哈勃张力”，即宇宙目前测量到的宇宙膨胀速度比天文学家对宇宙演化的理解所预期的要快，是目前天文学的难题之一。不仅如此，天文学家用望远镜测量观测超新星爆发得到的宇宙膨胀速度和用宇宙微波背景辐射所测到宇宙膨胀速度的差异也远超测量误差所允许的范围。
30 年来，哈勃望远镜一直在测量当前宇宙的膨胀速度，天文学家希望消除这些不确定性。本来一些科学家推测，随着我们更深入地观察宇宙，测量中看不见的误差可能会增加并变得可见。特别是，恒星拥挤可能会系统地影响更遥远恒星的亮度测量。
现在，哈勃和韦伯太空望远镜已经联手进行了明确的测量，2023 年韦伯的初步观测证实了哈勃对膨胀宇宙的测量是准确的，证明这些差异是真实的，而不是因为测量误差所致。
这张NGC 5468（距离地球约 1.3 亿光年的星系）的图像结合了哈勃和韦伯太空望远镜的数据。这是哈勃发现的造父变星最远的星系。这些是测量宇宙膨胀率的重要里程碑。从造父变星计算出的距离已与银河系中的 Ia 型超新星互相关。Ia 型被用来测量远远超出造父变星范围的宇宙距离，从而将宇宙膨胀率的测量扩展到更深入的太空。
霍普金斯大学的物理学家亚当·里斯(Adam Riess)说：“测量误差被消除后，剩下的就是我们误解宇宙的真实且令人兴奋的可能性。” 里斯因共同发现宇宙加速膨胀这一事实而获得诺贝尔奖，天文学家认为这种加速膨胀是由一种被称为“暗能量”的神秘物质所驱动。
由里斯领导的 SH0ES（超新星 H0暗能量状态方程）团队与韦伯一起获得了对关键宇宙里程碑标记物体的额外观测，这些物体被称为造父变星( Cepheid variable stars)，现在可以与哈勃数据相比对。
“我们现在已经跨越了哈勃观测到的整个范围，我们可以非常有信心地排除测量误差作为哈勃张力的原因，”里斯说。
天文学家根据所观测的物体，使用各种方法来测量宇宙中的相对距离。这些技术统称为宇宙距离阶梯——每个梯级或测量技术都依赖于前一步进行校准。
但一些天文学家认为，沿着“第二级”向外移动，如果造父变星的测量随着距离的变化而变得不那么准确，宇宙距离阶梯可能会变得不稳定。之所以会出现这种不准确的情况，是因为造父变星的光可能会与相邻恒星的光混合在一起，这种效应可能会随着距离的增加而变得更加明显，因为恒星聚集在一起，变得更难以区分彼此。
观测面临的挑战是，过去哈勃拍摄的这些更遥远的造父变星的图像看起来更加拥挤，并且与我们和它们的宿主星系之间距离越来越远的邻近恒星重叠，需要仔细考虑这种效应。灰尘的介入使可见光测量的确定性进一步复杂化。韦伯望远镜穿过尘埃，自然地将造父变星与邻近的恒星隔离开来，因为它在红外波长上的视野比哈勃望远镜的视野更清晰。
“韦伯和哈勃的结合给我们带来了两全其美的效果。我们发现，当我们沿着宇宙距离阶梯爬得更远时，哈勃测量仍然可靠，”里斯说。
新的韦伯观测包括 5 个由 8 个 Ia 型超新星组成的宿主星系，总共包含 1,000 个造父变星，并延伸到已充分测量造父变星的最远星系 – NGC 5468 – 距离 1.3 亿光年。“这涵盖了我们用哈勃望远镜进行测量的整个范围。因此，我们已经到达了宇宙距离阶梯第二级的末端，”巴尔的摩太空望远镜科学研究所的合著者加甘迪普·阿南德（Gagandeep Anand）说，该研究所为美国宇航局运营韦伯和哈勃望远镜。
哈勃和韦伯对哈勃张力的进一步确认为其他天文台来可能解开这个谜团创造了条件。美国宇航局即将推出的南希·格雷斯·罗马( Nancy Grace Roman )太空望远镜将进行广泛的天体观测，以研究暗能量的影响，暗能量是一种导致宇宙加速膨胀的神秘能量。欧洲航天局的欧几里得天文台在美国宇航局的贡献下，正在开展类似的任务。
目前，由哈勃和韦伯的距离梯观测到的数据就好像在河流的一侧岸线上牢牢地设置了一个锚点，而普朗克大爆炸的余辉（微波背景辐射）观测到的另一个数据则牢牢地设置在另一侧。至于数十亿年来，宇宙的膨胀在这两个端点之间是如何变化的，目前尚未被直接观察到。里斯说：“我们需要找出我们是否遗漏了一些关于如何将宇宙的起源和当今联系起来的东西。”或者说，我们遗漏了宇宙产生和演化的一些关键的因素。
这些发现发表在 2024 年 2 月 6 日出版的《天体物理学杂志快报》上。
资料来与：
https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-hubble-telescopes-affirm-universes-expansion-rate-puzzle-persists/