詹姆斯韦伯太空望远镜添加哈勃紧张的困惑戏剧

By Keith Cooper

 published 3 hours ago

James Webb Space Telescope

期待已久的发现表明强的宇宙学的标准模型支持但有一个例外。

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NGC 3972是一个位于大熊座中6600万光年远的星系，是在一项新研究中被用来测量宇宙膨胀的10个星系之一。 (Image credit: Yuval Harpaz, data via JWST)

詹姆斯韦伯太空望远镜的10个附近星系的观测会出现提示哈勃紧张——这是一个在测量宇宙膨胀的速率中令人困惑的差异——可能毕竟不是真的。

詹姆斯韦伯太空望远镜的观测结果显示放哈勃常数（H0）的平均值在每秒69.96公里/兆秒差距上，这在决定宇宙正在扩张的速率上是关键。这真的与源自宇宙学标准模型的预测一致，这听起来像是这个问题的一个结束一样，但这些发现也突显一个关键的不一致。

2013年，欧洲航天局的普朗克使命测量了哈勃常数为每秒67.4公里/兆秒差距。换句话说，这意味着每兆秒差距（100万秒差距或326万光年）每秒正在以67.4公里（41.9英里）膨胀。普朗克科学团队通过测量在宇宙微波背景光（CMB）中捕获的宇宙的基本属性，然后应用我们的宇宙学标准模型能够来推断这个膨胀率。假设标准模型是正确的，这种方法应该是精确到1%以内。

此外，由约翰斯·霍普金斯大学的里斯（Adam Riess）领导的一个团队一直在用哈勃太空望远镜来测量用白矮星的爆炸的Ia型超新星的宇宙膨胀乞求差异。Ia型超新星有一个可标准化的最大亮度，这意味着天文学家能基于它们出现多亮测量它们多远在外。然后将这个距离与它们的红移比较，因为宇宙正在膨胀越快，一个天体的红移就越大。该方法将H0放在每秒73.2公里/兆秒差距上，这意味着宇宙正在比标准模型预测的更快膨胀。科学家们将这个不一致描述为哈勃紧张。

现在，由芝加哥大学温迪·弗里德曼领导的这项新工作提出一些难题。

弗里德曼的团队正工作在一项名为芝加哥-卡内基-哈勃计划（CCHP）的项目上，用詹姆斯韦伯太空望远镜来测量到10个相对较近的都已经被观测到已经有过Ia型超新星发生的星系的距离。然后通过三种独立的手段距离测量被交叉检查。

这三种独立方法中的第一种被称为“红巨星分支的尖”，它描述叫红巨星的演化的太阳一样恒星能达到的最大亮度。第二种方法涉及某些叫J区渐近巨大分支的东西，它指一种富含碳且有相似内在红外亮度的红巨星。第三种交叉检查被用造父变星做的，造父变星有一个周期-光度关系，该关系被亨丽埃塔·斯旺·莱维特于1908年首次发现，这将脉动的周期与最大光度联系。换句话说，只测量一颗恒星来脉冲多长时间，我们能计算它的最大亮度应该是什么并将其与夜空中它出现多亮比较来推断它一定多远在外。

芝加哥-卡内基-哈勃计划团队用红巨星分支的尖测量了H0为69.85 km/s/Mpc，用碳星测量了为67.96 km/s/Mpc。到目前为止，如此好——相关的误差棒涵盖普朗克的H0的测量，它们在与标准模型好的一致上。

不过造父变星不是玩的球。从它们芝加哥-卡内基-哈勃计划得出一个为72.04 km/s/Mpc的值，这与其他测量值不一致。综合起来，这四种方法给出一个为69.96km/s/Mpc的平均值。

弗里德曼在一份声明中说，“基于这些新的詹姆斯韦伯太空望远镜数据并用三种独立的方法，我们没有发现一个哈勃紧张的强证据。相反，看起来就像我们的解释宇宙演化的标准宇宙学模型正在坚持成立一样” 。

然而，造父变星变量测量确实似乎继续提供紧张。造父变星形成宇宙距离阶梯的最底层，Ia型超新星为更上一级，因为它们能被看到在比造父变星更远在外的大距离上。在由里斯团队的工作中——超新星H0状态方程或简称SH0ES——造父变星对校准Ia型超新星测量是至关重要的。

然而，弗里德曼在过去关于一个叫“拥挤的”潜在问题表示了担忧。尽管哈勃太空望远镜有足够强大的分辨率来识别其他星系中的造父变星，但非常接近一颗造父变恒星的低质量恒星能被分辨是不可能的，最终模糊来自造父变星的光线，这样影响科学结果。

今年更早些时候，里斯带领的一个团队用詹姆斯韦伯太空望远镜来双倍检查哈勃望远镜的造父变星的观测，得出拥挤不是一个问题的结论。然而，在他们的研究论文中，弗里德曼和其他研究人员指出被拥挤的最小影响的两种方法——红巨星分支的尖和碳星——给出与标准模型符合的值。

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虽然现在注意力将集中在用造父变星星系距离的测量上，但用詹姆斯韦伯太空望远镜的有Ia型超新星星系的更多测量对确认来自这10个星系的结果将是无价的。然而，在也有可分辨的造父变星、红巨星和碳星的星系中Ia型超新星是相对罕见的，这意味着可能要用一些时间来获得一个足够大的样本。

来自由弗里德曼领导的芝加哥-卡内基-哈勃计划团队的研究结果目前作为预印本可利用的，并已被提交给《天体物理学杂志》同行评审。