天文學家認為，對紅巨星的最新觀測可能會填補“哈勃爭議”的理論空缺。

(圖片編輯: 航天局和國家航空航天局)

新的數據表明，測量宇宙膨脹率的一個根本分歧可以得到解釋。

在一篇新發(fā)表的論文中，研究這一難題的一位主要參與者通過研究現(xiàn)有的信息，得出結論: 最好的觀測結果可能使我們得到宇宙隨時間增長的標準圖像。

科學家們知道宇宙正在膨脹，但對于這個過程的速度有多快，十年來一直意見不一。研究者們使用宇宙微波背景輻射(CMB)(宇宙大爆炸后不久產生的余光)測量了相關數據，膨脹的哈勃常數值約為每百萬光年46,200英里/小時，用宇宙學單位計量則為每百萬秒差67.4公里/秒。(百萬秒差距等于326萬光年。)

然而，瞄準附近宇宙恒星的望遠鏡得出的哈勃常數值則為50400英里每百萬光年(73.4千米/秒/百萬秒差)。這兩個數字雖然相差不大，但都很精確，彼此之間無法協(xié)調。

這兩個數字之間的矛盾一直是令研究人員頭疼的問題。一些人提出，這種差異使他們不得不推翻他們青睞的宇宙模型。該模型解釋了自時間破曉以來，像星系團這樣的巨大宇宙結構是如何出現(xiàn)和進化的。也許，研究人員想知道，超越我們目前所知的新物理學可以用來彌補這一空缺。

“我認為這是一個非常有趣的問題:‘在標準宇宙學模型之外，是否存在新的物理學?’”芝加哥大學的宇宙學家溫迪·弗里德曼在接受《生活科學》采訪時表示。

弗里德曼花了她職業(yè)生涯的大部分時間來觀察所謂的造父變星。這些恒星有規(guī)律地跳動，它們的光波動周期與它們的內在亮度之間存在關系。通過了解這個固有亮度和從地球上看到的造父變星的光度，天文學家可以計算出它與我們的距離，然后測量宇宙在空間中那個點的膨脹速度。

造父變星的數據是哈勃常數較高值的關鍵之一，但弗里德曼和她的合作者一直想知道，他們的觀測是否存在系統(tǒng)性錯誤。長期以來，他們一直在尋找獨立的方法來證實或質疑他們的研究結果。

幾年前，她和她的同事們在巨大的紅色恒星的光線中發(fā)現(xiàn)了一種方法。這些天體代表著與太陽質量相似的恒星的生命后期階段，它們在演化的某一階段達到特定的亮度峰值。就像造父變星一樣，天文學家可以通過從地球上觀察它們的亮度來很好地估計它們的距離。

2019年，弗里德曼和她的團隊為哈勃常數提供了一個位于其他兩個測量值之間的數字:每百萬光年47300英里(69.8公里/秒/百萬秒差)。這一結果是用大麥哲倫星云中的巨大紅色恒星校準的，大麥哲倫星云是一個環(huán)繞銀河系運行的矮星系，與我們的距離相對較好確定。

從那時起，研究人員增加了更多的數據點，校準了其他三個星系和空間區(qū)域中巨型紅星的距離，這提高了哈勃常數測量的精度。這些研究結果發(fā)表在預印本數據庫arXiv上，并通過《天體物理學雜志》發(fā)表。這些研究結果基本上得出了相同的中間估計。

“它落在同一個地方，接近70公里/秒/百萬秒差，不確定度略高于2%，”弗里德曼在談到從紅巨星估計的新哈勃常數時說。“如果我們把這些結果與宇宙微波背景輻射進行比較，我們不會說有問題?！?/p>

弗里德曼說，這些最新的紅巨星測量表明，造父變星觀測可能存在系統(tǒng)性錯誤。她補充說，來自宇宙的遮蔽塵埃和背景光是一些可能的罪魁禍首，但證實這一點還需要時間。

“這項工作給我留下了深刻的印象，”加州斯坦福大學的宇宙學家西蒙·伯勒(Simon Birrer)告訴《生活科學》(Live Science)。 我雖然沒有參與這個研究, 但這篇論文確實突出了觀測紅巨星的特殊優(yōu)勢，他補充道。

但是作為一個研究大質量星系如何扭曲光的團隊的一員，西蒙·伯勒(Simon Birrer)提供了另一個獨立的哈勃常數測量方式，他認為這個事件還沒有完全結束。“這是哈勃爭議結束的開始嗎?我們仍在努力，”他說。

天文學家們現(xiàn)在提供了許多不同的宇宙膨脹估計，有的意見一致，有的則產生了分歧。伯勒說，每個團隊都在努力獲得他們所能提供的最好的準確性，但目前還不清楚哪些可能包含最終答案。

弗里德曼對此表示贊同，她說她和她的同事最近已經獲準使用即將問世的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡來觀測造父變星和紅巨星。這些觀測結果應該會有助于澄清一些剩余的系統(tǒng)不確定性，并有望更接近哈勃常數的真實值。

BY:Adam Mann

FY:Angelina Yang Gong

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