扩展宇宙辩论中的“毕竟可能没有冲突”

我们的宇宙正在膨胀，但我们测量膨胀速度的主要方法却得出了不同的答案。 在过去的十年中，天体物理学家逐渐分裂为两个阵营：一个认为差异很大，一个认为这可能是由于测量错误造成的。

如果事实证明错误导致了不匹配，这将确认我们的文件工作原理的基本模型 عمل 宇宙 作品。 另一种可能性引入了一个线程，当被拉动时，表明需要一些新的、缺失的基础物理学来将它重新连接在一起。 几年来，望远镜的每一个新证据都在来回摇摆争论，从而产生了所谓的“哈勃张力”。

芝加哥大学著名天文学家、约翰和马里昂沙利文天文学和天体物理学教授温迪弗里德曼对宇宙膨胀率进行了一些原始测量，导致哈勃常数值更高。 但在一篇新的综述论文中接受了 天体物理学杂志，弗里德曼概述了最近的观察结果。 她的结论是：最近的观察开始填补这一空白。

这意味着最终可能没有冲突，我们的宇宙标准模型不需要太多修改。

宇宙膨胀的速度称为哈勃常数，称为芝加哥大学校友 Edwin Hubble, SB 1910, Ph.D. 1917 年，这被认为是在 1929 年发现宇宙膨胀的原因。科学家们想要准确地确定这个速率，因为哈勃常数与宇宙的年龄以及它如何随时间演化有关。

在过去十年中，当两种主要测量方法的结果开始出现差异时，出现了一个重大问题。 但科学家们仍在争论这种不匹配的重要性。

测量哈勃常数的一种方法是观察大爆炸留下的非常微弱的光，称为宇宙微波背景。 这是在太空和地球上使用芝加哥大学领导的南极望远镜等设施完成的。 科学家可以将这些观测结果输入到他们早期宇宙的“标准模型”中，并及时运行以预测哈勃常数今天应该是什么样子； 他们得到的答案是每秒 67.4 公里/兆秒差距。

另一种方式是看 星星 和附近宇宙中的星系，测量它们的距离以及它们远离我们的速度。 几十年来，弗里德曼一直是这种方法的领先专家。 2001 年，她的团队使用哈勃太空望远镜对称为造父变星的恒星进行了成像，这是最引人注目的测量之一。 他们发现的值为 72。弗里德曼在接下来的几年里继续测量造父变星，每次都检查更多的望远镜数据。 然而，在 2019 年，她和她的同事发表了一个基于完全不同方法的答案，使用命名恒星 红巨星. 这个想法是以独立的方式验证造父变星。

红巨星是非常大的发光恒星，在迅速消失之前总是达到相同的峰值亮度。 如果科学家们能够准确地测量红巨星的实际或固有峰值亮度，他们就可以测量到它们所在星系的距离，这是等式中必不可少但很棘手的部分。 主要问题是这些测量的准确度如何。

2019 年的第一版计算使用了一个非常接近的星系来校准红巨星的光度。 在过去的两年里，弗里德曼和她的合作者已经对几个不同的星系和星团进行了计算。 “现在有四种独立的方法可以校准红巨星的光度，并且它们彼此一致，”弗里德曼说。 “这向我们表明，这是一种非常好的测量距离的方法。”

“我真的很想仔细研究造父变星和红巨星。我非常了解它们的优点和缺点，”弗里德曼说。 “我得出的结论是，我们不需要新的基础物理学来解释局部和远距离膨胀率的差异。新红巨星的数据表明它们是一致的。”

“我们继续以各种方式测量和测试红巨星分支恒星，它们继续超出我们的预期，”芝加哥大学研究生泰勒霍伊特补充说，他一直在测量锚星系中的红巨星。

弗里德曼团队在红巨星上获得的哈勃常数值为 69.8 km/s/mcm——与宇宙微波背景实验得出的值大致相同。 “不需要新物理学，”弗里德曼说。

使用造父变星的计算仍然给出更高的数字，但根据弗里德曼的分析，差异可能并不令人震惊。 “造父变星总是有点嘈杂，要完全理解起来也有点复杂；它们是星系中活跃的恒星形成区域中的年轻恒星，这意味着其他恒星的尘埃或污染等物质有可能得到摆脱你的测量，”她解释说。

她认为，可以通过更好的数据解决冲突。

明年，当詹姆斯韦伯太空望远镜预计发射时，科学家们将开始收集这些新的观测结果。 弗里德曼和他的合作者已经有时间在望远镜上进行一项重大计划，以对造父变星和红巨星进行更多的测量。 “Webb 将为我们提供更高的灵敏度和准确性，而且数据很快就会变得更好，”她说。

但与此同时，她想仔细查看现有数据，她发现其中很多实际上是一致的。

“这就是科学的发展方向，”弗里德曼说。 “你踢轮胎看看是否有东西放气，到目前为止，没有爆胎。”

一些赞成内在不相容的学者可能会感到失望。 但对弗里德曼来说，任何一个答案都令人兴奋。

“新物理学还有空间，但即使没有新物理学的空间，也说明我们的标准模型从根本上是正确的，这也是一个有待得出的深刻结论，”她说。 “这是关于科学的有趣之处：我们不知道答案。我们边走边学。进入这个领域是一个非常激动人心的时刻。”