摘要：新数据证实了哈勃太空望远镜对附近恒星和星系之间距离的测量，为解决宇宙神秘膨胀测量不一致问题提供了至关重要的交叉检验。这种差异被称为哈勃张力，即使是最好的宇宙学模型也无法解释。

詹姆斯韦伯太空望远镜的新观测表明，宇宙的一个新特征——而不是望远镜测量的缺陷——可能是十年来宇宙膨胀速度比数十亿年前的婴儿期更快的谜团的背后原因。

新数据证实了哈勃太空望远镜对附近恒星和星系之间距离的测量，为解决宇宙神秘膨胀测量不一致问题提供了至关重要的交叉检验。这种差异被称为哈勃张力，即使是最好的宇宙学模型也无法解释。

“观测到的宇宙膨胀率与标准模型预测之间的差异表明，我们对宇宙的理解可能并不完整。现在，两台 NASA 旗舰望远镜互相证实了对方的发现，我们必须非常认真地对待这个 [哈勃张力] 问题——这是一个挑战，但也是一个了解宇宙的绝佳机会，”诺贝尔奖获得者、主要作者、彭博杰出教授兼约翰霍普金斯大学物理学和天文学托马斯·巴伯教授亚当·里斯说。

该项研究发表在《天体物理学杂志》上，以里斯获得诺贝尔奖的发现为基础，即由于一种神秘的“暗能量”弥漫在恒星和星系之间的广阔空间中，宇宙的膨胀正在加速。

里斯的团队利用在太空中最初两年收集到的最大韦伯数据样本来验证哈勃望远镜对宇宙膨胀率的测量，这个数字被称为哈勃常数。他们用三种不同的方法来测量超新星所在星系的距离，重点关注哈勃望远镜之前测量的距离，这些距离已知可以产生最精确的“局部”测量值。两台望远镜的观测结果非常吻合，表明哈勃的测量是准确的，并排除了足以将张力归因于哈勃误差的误差。

然而，哈勃常数仍然是一个谜，因为基于对当前宇宙的望远镜观测而进行的测量产生的值比使用“标准宇宙学模型”所做的预测要高，“标准宇宙学模型”是一个被广泛接受的宇宙运作框架，它利用宇宙微波背景（大爆炸遗留下来的微弱辐射）的数据进行校准。

虽然标准模型得出的哈勃常数约为每百万秒差距 67-68 公里/秒，但基于望远镜观测的测量结果通常给出更高的值 70 到 76，平均值为 73 公里/秒/百万秒差距。这种不匹配困扰了宇宙学家十多年，因为 5-6 公里/秒/百万秒差距的差异太大，无法简单地用测量或观察技术缺陷来解释。（百万秒差距是巨大的距离。每百万秒差距为 326 万光年，而一光年是光在一年内传播的距离：9.4 万亿公里，或 5.8 万亿英里。）

里斯团队报告称，由于韦伯的新数据排除了哈勃测量中的重大偏差，哈勃的紧张关系可能源于未知因素或宇宙学家对尚未发现的物理学理解的差距。

参与这项研究的约翰霍普金斯大学研究生李思阳说：“韦伯数据就像是第一次以高清方式观察宇宙，确实提高了测量的信噪比。”

这项新研究覆盖了哈勃整个星系样本的约三分之一，以已知的 NGC 4258 星系距离为参考点。尽管数据集较小，但该团队取得了令人印象深刻的精度，测量结果之间的差异不到 2%——远小于哈勃张力差异的约 8-9%。

除了分析脉动恒星造父变星（测量宇宙距离的黄金标准）外，该团队还交叉核对了同一星系中富碳恒星和最亮红巨星的测量结果。韦伯观测到的所有星系及其超新星都产生了 72.6 公里/秒/百万秒的哈勃常数，与哈勃对同一星系发现的 72.8 公里/秒/百万秒几乎相同。

这项研究包括了两组独立工作以完善哈勃常数的韦伯数据样本，一组来自里斯的 SH0ES 团队（超新星，H 0，暗能量状态方程），另一组来自卡内基-芝加哥哈勃计划，以及其他团队。综合测量结果可以最精确地确定使用哈勃望远镜造父变星测量的距离的准确性，这对于确定哈勃常数至关重要。

虽然哈勃常数对太阳系、地球或日常生活没有实际影响，但它揭示了宇宙在极大尺度上的演化，其中广阔的空间本身正在拉伸并将遥远的星系推开，就像发酵面团中的葡萄干一样。它是科学家用来绘制宇宙结构、加深对大爆炸后 130 至 140 亿年宇宙状态的理解以及计算宇宙其他基本方面的一个关键值。

约翰霍普金斯大学的宇宙学家马克·卡米奥科夫斯基 (Marc Kamionkowski) 表示，解决哈勃张力问题可以揭示近年来发现的与标准宇宙模型的更多差异的新见解。他曾参与计算哈勃常数，最近还帮助提出了对哈勃张力的新解释。

标准模型解释了星系的演化、大爆炸以来的宇宙微波背景、宇宙中化学元素的丰度以及基于已知物理定律的许多其他关键观测结果。然而，它并没有完全解释暗物质和暗能量的性质，据估计，暗物质和暗能量是宇宙中神秘的组成部分，占宇宙构成和加速膨胀的 96%。

“哈勃争议的一个可能解释是，我们对早期宇宙的理解中缺少了一些东西，比如一种新的物质成分——早期暗能量——它在大爆炸后给宇宙带来了意想不到的冲击，”卡米奥科夫斯基说，他没有参与这项新研究。“还有其他想法，比如有趣的暗物质特性、奇异粒子、变化的电子质量或原始磁场，这些可能都能起到作用。理论家们有充分的创造力。”

其他作者包括杜克大学的 Dan Scolnic 和 Tianrui Wu；空间望远镜科学研究所的 Gagandeep S. Anand、Stefano Casertano 和 Rachael Beaton；约翰霍普金斯大学的 Louise Breuval、Wenlong Yuan、Yukei S. Murakami、Graeme E. Addison 和 Charles Bennett；美国国家科学基金会 NOIRLab 的 Lucas M. Macri；哈佛与史密森尼天体物理中心的 Caroline D. Huang；新泽西州立大学罗格斯大学的 Saurabh Jha；波士顿大学的 Dillon Brout；洛桑联邦理工学院的 Richard I. Anderson；加州大学伯克利分校的 Alexei V. Filippenko；以及昆士兰大学布里斯班分校的 Anthony Carr。

这项研究得到了能源部拨款 DE-SC0010007、大卫和露西尔帕卡德基金会、邓普顿基金会、斯隆基金会、JWST GO-1685 和 GO-2875、HST GO-16744 和 GO-17312 以及 Christopher R. Redlich 基金会的支持

来源：人工智能学家