詹姆斯韦伯望远镜的研究揭示宇宙的最大的悖论之一可能甚至比我们想的更诡异

(2024-09-08 10:59:38)

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詹姆斯韦伯望远镜的研究揭示宇宙的最大的悖论之一可能甚至比我们想的更诡异

By Ben Turner

published 18 hours ago

Cosmology

新的詹姆斯韦伯太空望远镜结果已经揭示毕竟没有一个哈勃紧张。但发现内的矛盾指向一个更深的秘密。

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星系NGC 4258是被用在一篇新的来研究描述宇宙的看似不均匀扩张的所谓的哈勃紧张预印本论文中的几个天体之一。 (Image credit: NASA/CXC/JPL-Caltech/STScI/NSF/NRAO/VLA)

用詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）进行的新测量已经加深了哈勃紧张的科学争议，提示它可能毕竟不存在。

多年来，天文学家已经发现宇宙出现以不同的速度扩张取决于他们看的地方，一个他们叫哈勃紧张的谜题。一些测量与我们的目前宇宙的最佳理解一致，而另一些威胁来打破它。

当詹姆斯韦伯太空望远镜于2022年上线时，一组研究人员用这台太空望远镜的前所未有精度来确认这种紧张存在。但按照来自另一组科学家的新结果，哈勃紧张可能从测量误差发生，毕竟是一种错觉。然而甚至这些结果不是决定性的。

芝加哥大学天体物理学家、该研究的主要作者温迪·弗里德曼告诉《生活科学》杂志，“我们的结果与标准模型是一致的。但它们不排除那里也有紧张，（体验）可能的是最接近的一个过山车——这一直是令人兴奋的，但有当你不得不再爬这个山这些片刻的时侯” 。

哈勃麻烦

目前，弄清楚哈勃常数有两种黄金标准方法，一个描述宇宙的扩张率的值。第一个涉及仔细研究过宇宙微波背景中的微小波动，一个在宇宙大爆炸后刚好38万年产生的宇宙的第一光的古代遗迹。

在用欧洲航天局的普朗克卫星映射出这种微波嘶嘶声后，宇宙学家推断了哈勃常数约为每百万光年46200英里/小时，或每兆秒差距（km/s/Mpc）每秒67公里。这与早期宇宙的其他测量结果对齐的。

第二种方法在更近的距离和在宇宙的后期生命中用叫造父变星的脉动恒星操作。造父变星正在慢慢垂死，它们的外层氦气随它们吸收和释放恒星的辐射生长和收缩，使它们像远处的信号灯一样周期性的闪烁。

随造父变星变得更亮，它们更缓慢的脉动，使天文学家能够来测量恒星的内在亮度。通过将这种亮度与观测到的它们亮度比较，天文学家能将造父变星串成一个“宇宙距离阶梯”来越发更深窥视进宇宙的过去。

恒星船尾座RS（RS Puppis）是一颗造父变星，在一个六周日期表上变亮和变暗。像这样的恒星可能把持来测量宇宙的膨胀率的关键。(Image credit: NASA Goddard)

最近，当约翰霍普金斯大学天文学教授里斯（Adam Riess）和他的团队用哈勃太空望远镜和詹姆斯韦伯太空望远镜测量了哈勃常数时，他们发现了一个令人困惑的73.2 km/s/Mpc的高值。因此这个紧张，一个测量早期宇宙中膨胀率的方法和那些更现代的方法之间的显著差异被巩固。

但弗里德曼此前提出了尘埃、气体和其他恒星可能正在扔掉造父变星的亮度测量，创造在那里毕竟没有一个差异的外观。

在这项新的来梳理出在造父变星拥挤中一个可能的系统误差的研究中，弗里德曼和她的同事们将詹姆斯韦伯太空望远镜训练在11个附近含有Ia型超新星的星系上，测量它们的距离并将它们锚定在三个独立的在天空的相似区域有内在的亮度的距离阶梯上：造父变星以及另外两颗被称为“红巨星分支尖端”（TRGB）恒星和J区渐近巨星分支（JAGB）恒星的标准烛光红巨星。

他们的结果令人费解。红巨星分支尖端和J区渐近巨星分支恒星给出了分别为69.85 km/s/Mpc和67.96 km/s/Mpc的哈勃常数结果。但造父变星返回了72.04 km/s/Mpc，复制哈勃紧张，尽管不比由里斯作出的结果急剧的。对弗里德曼和她的同事，这是一个造父变星的测量可能包含一些未知的系统误差的可能暗示。

哈紧张的终结？

然而，并非所有科学家都同意这项研究的结论。当被问及新发现时里斯提出了不匹配的结果可能是因为弗里德曼和她的团队的样本是太小。

里斯告诉《生活科学》杂志，“他们得到一个更低的哈勃常数，因为他们选择的样本给出一个更低的哈勃常数，无关你是用詹姆斯韦伯太空望远镜还是哈勃太空望远镜（HST）、还是造父变星、。红巨星分支尖端还是J区渐近巨星分支测量，因为在他们选择的宿主中的超新星波动的样子。他们选择了一个非常小的样本……他们从尾部而不是分布的中间选择了这些样本” 。

但弗里德曼反驳了这一点。她说，尽管样本可能是太小不能解释恒星距离的全部范围，但结果也可能意味着对更遥远的造父变星的测量包含一个“致命”的系统误差——一个正在扔掉造父变恒星距离的计算的拥挤。

弗里德曼说，为做出一个造父变星的测量，“你正在做出一个拥挤校正，它们不是小的校正。如果你弄错了，你会弄错[恒星]的颜色，你会尘埃的校正错的，你让金属丰度的校正错的。这些影响是共变化的，它们可能有一个[关于最终距离测量]比拥挤不是一个问题远更大的影响” 。