科学探索|研究发现宇宙的膨胀速度比模型预测的要快( 二 ) 研究发现宇宙的膨胀速度比模

新研究的宇宙距离阶梯是由Riess的研究小组SH0ES组建的，其从测量我们和某些被称为造父变星的恒星之间的距离开始。造父变星很有价值，因为从本质上讲，它们就像已知瓦特数的频闪灯。它们会规律地变亮和变暗，且越是明亮的造父变星其脉动就越慢。通过利用这一原理，天文学家可以根据它们的脉动速度来估计更遥远的造父变星的内在亮度并最终计算出这些星球跟我们之间的距离。
为了将这个阶梯延伸得更远，天文学家们在被称为1a型超新星的恒星爆炸的基础上增加了一些梯级。通过研究同时拥有造父变星和1a型超新星的星系，天文学家们可以计算出超新星的亮度和它们的距离之间的关系。由于1a型超新星比造父变星要亮得多，它们可以在更远的地方被看到并让天文学家把他们的测量结果扩展到宇宙中更深的星系。
对变化的核算
问题是，准确测量所有这些恒星和超新星是非常复杂的。从技术上讲，并非所有的造父变星和1a型超新星看起来都完全一样：有些可能有不同的成分、不同的颜色或不同类型的宿主星系。天文学家们已经花了很多年的时间来研究如何解释所有这些变异性--但要肯定地知道一些隐藏的误差源没有在天平上推波助澜是非常困难的。
为了解决这些问题，一个名为Pantheon+合作的研究小组详尽地分析了自1981年以来收集的1701个1a型超新星的观测数据。该分析包括努力量化所有已知的不确定性和偏差的来源。
“我们关心的是，比如1991年11月的天气和望远镜的观测情况--这很难，”杜克大学的Scolnic说道。他跟哈佛-史密森天体物理学中心的研究员Dillon Brout共同领导Pantheon+ 。
该团队的发现为Riess和他的SH0ES同事的新分析提供了依据。在对可能影响造父变星观测的因素进行了同样详尽的交叉检查之后，该小组得出了迄今为止对哈勃常数的最精确估计：每兆焦73.04公里/秒（正负1.04）。这比普朗克天文台对CMB的测量所推断出的数值高了约8% 。
另外，研究小组还不遗余力地测试外部科学家对其哈勃常数估计值高于普朗克常数的想法。总之，研究人员对他们的分析进行了67次变体分析--其中许多变体使紧张局势变得更糟。
“我认为，我们已经认真听取了许多关切和问题。这不仅仅是一个‘快变’......我们已经做了很多深挖兔子洞的工作，”Riess说道。
未知的宇宙
不过近年来，来自芝加哥大学的Wendy Freedman一直在研究一种不依赖脉冲式恒星的估计方法。相反，她使用一组特定的红巨星。基于这些备用的“标准烛光”或具有已知内在亮度的天体，Freedman对哈勃常数的独立估算为69.8公里/秒/百万秒差距--处于其他两个测量值的中间。
尽管团队进行了仔细的工作，但Freedman指出，未被发现的错误仍可能会影响到分析，也许会造成一种虚幻的紧张。她补充称，一些不确定性的来源也是不可避免的。首先，只有三个离银河系足够近的星系，其距离我们可以直接测量而宇宙距离阶梯的基础就在这三个星系上。
Freedman说道：“三个虽然是个小数字，但这是大自然赋予给我们的。”
Pantheon+和SH0ES团队对Freedman及其他人的结果进行了长时间的研究，他们的一些不同的分析研究了如果将Freedman的首选恒星跟造父变星和1a型超新星一起加入到宇宙距离阶梯中会发生什么。根据他们的工作，包括这些额外的恒星会略微降低对哈勃常数的估计--但它并没有消除这种紧张。
如果哈勃常数真的反映了我们的物理现实，那么解释它可能需要在我们的宇宙基本成分列表中增加另一个项目。
其中一个领先的理论竞争者--被称为早期暗能量--提出在大爆炸后约5万年曾有过一个短暂的暗能量爆发。原则上，短暂的额外暗能量可以改变早期宇宙的膨胀，这足以解决哈勃张力，而不会对宇宙学的标准模型造成太大的干扰。