【正見新聞網2024年03月20日】
「哈勃張力」，即宇宙目前測量到的宇宙膨脹速度比天文學家對宇宙演化的理解所預期的要快，是目前天文學的難題之一。不僅如此，天文學家用望遠鏡測量觀測超新星爆發得到的宇宙膨脹速度和用宇宙微波背景輻射所測到宇宙膨脹速度的差異也遠超測量誤差所允許的範圍。
30 年來，哈勃望遠鏡一直在測量當前宇宙的膨脹速度，天文學家希望消除這些不確定性。本來一些科學家推測，隨著我們更深入地觀察宇宙，測量中看不見的誤差可能會增加並變得可見。特別是，恆星擁擠可能會系統地影響更遙遠恆星的亮度測量。
現在，哈勃和韋伯太空望遠鏡已經聯手進行了明確的測量，2023 年韋伯的初步觀測證實了哈勃對膨脹宇宙的測量是準確的，證明這些差異是真實的，而不是因為測量誤差所致。
這張NGC 5468（距離地球約 1.3 億光年的星系）的圖像結合了哈勃和韋伯太空望遠鏡的數據。這是哈勃發現的造父變星最遠的星系。這些是測量宇宙膨脹率的重要裡程碑。從造父變星計算出的距離已與銀河系中的 Ia 型超新星互相關。Ia 型被用來測量遠遠超出造父變星範圍的宇宙距離，從而將宇宙膨脹率的測量擴展到更深入的太空。
霍普金斯大學的物理學家亞當·裡斯(Adam Riess)說：「測量誤差被消除後，剩下的就是我們誤解宇宙的真實且令人興奮的可能性。」 裡斯因共同發現宇宙加速膨脹這一事實而獲得諾貝爾獎，天文學家認為這種加速膨脹是由一種被稱為「暗能量」的神秘物質所驅動。
由裡斯領導的 SH0ES（超新星 H0暗能量狀態方程）團隊與韋伯一起獲得了對關鍵宇宙裡程碑標記物體的額外觀測，這些物體被稱為造父變星( Cepheid variable stars)，現在可以與哈勃數據相比對。
「我們現在已經跨越了哈勃觀測到的整個範圍，我們可以非常有信心地排除測量誤差作為哈勃張力的原因，」裡斯說。
天文學家根據所觀測的物體，使用各種方法來測量宇宙中的相對距離。這些技術統稱為宇宙距離階梯——每個梯級或測量技術都依賴於前一步進行校準。
但一些天文學家認為，沿著「第二級」向外移動，如果造父變星的測量隨著距離的變化而變得不那麼準確，宇宙距離階梯可能會變得不穩定。之所以會出現這種不準確的情況，是因為造父變星的光可能會與相鄰恆星的光混合在一起，這種效應可能會隨著距離的增加而變得更加明顯，因為恆星聚集在一起，變得更難以區分彼此。
觀測面臨的挑戰是，過去哈勃拍攝的這些更遙遠的造父變星的圖像看起來更加擁擠，並且與我們和它們的宿主星系之間距離越來越遠的鄰近恆星重疊，需要仔細考慮這種效應。灰塵的介入使可見光測量的確定性進一步複雜化。韋伯望遠鏡穿過塵埃，自然地將造父變星與鄰近的恆星隔離開來，因為它在紅外波長上的視野比哈勃望遠鏡的視野更清晰。
「韋伯和哈勃的結合給我們帶來了兩全其美的效果。我們發現，當我們沿著宇宙距離階梯爬得更遠時，哈勃測量仍然可靠，」裡斯說。
新的韋伯觀測包括 5 個由 8 個 Ia 型超新星組成的宿主星系，總共包含 1,000 個造父變星，並延伸到已充分測量造父變星的最遠星系 – NGC 5468 – 距離 1.3 億光年。「這涵蓋了我們用哈勃望遠鏡進行測量的整個範圍。因此，我們已經到達了宇宙距離階梯第二級的末端，」巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的合著者加甘迪普·阿南德（Gagandeep Anand）說，該研究所為美國宇航局運營韋伯和哈勃望遠鏡。
哈勃和韋伯對哈勃張力的進一步確認為其他天文台來可能解開這個謎團創造了條件。美國宇航局即將推出的南希·格雷斯·羅馬( Nancy Grace Roman )太空望遠鏡將進行廣泛的天體觀測，以研究暗能量的影響，暗能量是一種導致宇宙加速膨脹的神秘能量。歐洲航天局的歐幾裡得天文台在美國宇航局的貢獻下，正在開展類似的任務。
目前，由哈勃和韋伯的距離梯觀測到的數據就好像在河流的一側岸線上牢牢地設置了一個錨點，而普朗克大爆炸的餘輝（微波背景輻射）觀測到的另一個數據則牢牢地設置在另一側。至於數十億年來，宇宙的膨脹在這兩個端點之間是如何變化的，目前尚未被直接觀察到。裡斯說：「我們需要找出我們是否遺漏了一些關於如何將宇宙的起源和當今聯繫起來的東西。」或者說，我們遺漏了宇宙產生和演化的一些關鍵的因素。
這些發現發表在 2024 年 2 月 6 日出版的《天體物理學雜誌快報》上。
資料來與：
https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-hubble-telescopes-affirm-universes-expansion-rate-puzzle-persists/