美国国家航空航天局的韦伯、哈勃望远镜证

　　据美国宇航局：当你试图解决宇宙学中最大的难题之一时，你应该仔细检查你的家庭作业。这个被称为“哈勃张力”的难题是，根据宇宙的初始条件和我们目前对宇宙演化的理解，目前宇宙的膨胀速度比天文学家预期的要快。

　　科学家们使用美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜和许多其他望远镜，一致发现了一个与欧空局（欧洲航天局）普朗克任务观测结果预测不符的数字。解决这种差异需要新的物理学吗？或者这是用于确定空间膨胀率的两种不同方法之间测量误差的结果？

　　这张距离地球约1.3亿光年的NGC 5468星系的图像结合了哈勃和詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据。这是哈勃发现造父变星最远的星系。这些是测量宇宙膨胀率的重要里程碑。从造父变星计算出的距离与银河系中的一颗Ia型超新星相互关联。Ia型超新星非常明亮，它们被用来测量远超造父变星范围的宇宙距离，将宇宙膨胀率的测量扩展到更深的空间。

　　30年来，哈勃望远镜一直在测量宇宙当前的膨胀速度，天文学家们希望消除对其准确性的任何挥之不去的怀疑。现在，哈勃和美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜已经联手进行了明确的测量，进一步证明了其他因素——而不是测量误差——正在影响膨胀率。

　　巴尔的摩约翰斯·霍普金斯大学的物理学家Adam Riess说：“由于测量误差被否定，剩下的是我们误解宇宙的真实而令人兴奋的可能性。”。里斯因共同发现宇宙膨胀正在加速这一事实而获得诺贝尔奖，这是由于一种现在被称为“暗能量”的神秘现象

　　作为交叉检查，韦伯在2023年的首次观测证实了哈勃对膨胀宇宙的测量是准确的。然而，为了缓解哈勃望远镜的压力，一些科学家推测，随着我们深入宇宙，测量中看不见的误差可能会增加并变得可见。特别是，恒星拥挤可能会以系统的方式影响更远恒星的亮度测量。

　　由里斯领导的SH0ES（暗能量状态方程的超新星H0）团队用韦伯对被称为造父变星的关键宇宙里程标物体进行了额外的观测，这些物体现在可以与哈勃数据相关联。

　　里斯说：“我们现在已经跨越了哈勃观测到的整个范围，我们可以非常有信心地排除测量误差是哈勃张力的原因。”。

　　该团队在2023年的前几次韦伯观测成功地表明，哈勃在坚定地建立所谓的宇宙距离阶梯的第一级保真度方面走在了正确的轨道上。

　　天文学家使用各种方法来测量宇宙中的相对距离，具体取决于被观测的物体。这些技术统称为宇宙距离阶梯——每个梯级或测量技术都依赖于前一步的校准。

　　但一些天文学家认为，如果造父变星的测量随着距离的推移变得不那么准确，那么沿着“第二级”向外移动，宇宙距离阶梯可能会变得不稳定。之所以会出现这种不准确的情况，是因为造父变星的光线可能会与邻近恒星的光线混合——随着恒星聚集在一起，这种影响可能会随着距离的推移而变得更加明显，并且变得更难区分。

　　观测方面的挑战是，过去哈勃拍摄的这些更远造父变星的图像看起来更为拥挤，与我们和宿主星系之间距离越来越远的邻近恒星重叠，需要仔细考虑这种影响。尘埃的介入使可见光测量的确定性进一步复杂化。韦伯切开尘埃，自然地将造父变星与邻近的恒星隔离开来，因为它在红外波长下的视野比哈勃更清晰。

　　在这些并排图像的中心是一类特殊的恒星，它被用作测量宇宙膨胀率的里程标——造父变星。这两张照片都非常像素化，因为它们是一个遥远星系的放大视图。每个像素代表一颗或多颗恒星。詹姆斯·韦伯太空望远镜的图像在近红外波长下比哈勃望远镜（主要是可见紫外线望远镜）清晰得多。通过用韦伯更清晰的视觉减少混乱，造父变星更清晰地脱颖而出，消除了任何潜在的混乱。韦伯被用来观察造父变星的样本，并证实了哈勃之前观测的准确性，这些观测是精确测量宇宙膨胀率和年龄的基础。图像：uux.cn/NASA、ESA、CSA、STScI、Adam G.Riess（JHU，STScI）

　　里斯说：“韦伯和哈勃的结合让我们两全其美。我们发现，随着我们沿着宇宙距离的阶梯越走越远，哈勃的测量结果仍然可靠。”。

　　新的韦伯观测包括八颗Ia型超新星的五个宿主星系，共包含1000个造父变星，并延伸到距离1.3亿光年的最远星系——NGC 5468。巴尔的摩太空望远镜科学研究所的合着者Gagandeep Anand说：“这跨越了我们用哈勃望远镜进行测量的整个范围。所以，我们已经走到了宇宙距离阶梯的第二级的尽头。”该研究所为美国国家航空航天局运营韦伯和哈勃望远镜。

　　哈勃望远镜和韦伯对哈勃张力的进一步确认建立了其他天文台，可能会解开这个谜团。美国国家航空航天局即将推出的Nancy Grace Roman太空望远镜将进行广泛的天体调查，以研究暗能量的影响，暗能量是导致宇宙膨胀加速的神秘能量。欧空局的欧几里得天文台在美国国家航空航天局的帮助下，正在进行类似的任务。

　　目前，哈勃和韦伯观测到的距离阶梯似乎已经在河流的一条海岸线上牢牢地固定了一个锚点，而普朗克从宇宙开始观测到的大爆炸的余辉则牢牢地固定在了另一边。在这两个端点之间的数十亿年里，宇宙的膨胀是如何变化的，还有待直接观察。里斯说：“我们需要弄清楚，在如何将宇宙的起源与今天联系起来的问题上，我们是否遗漏了一些东西。”。

　　这些发现发表在2024年2月6日的《天体物理杂志快报》上。

　　哈勃太空望远镜已经运行了30多年，并继续做出开创性的发现，这些发现塑造了我们对宇宙的基本理解。哈勃望远镜是美国国家航空航天局和欧空局之间的国际合作项目。美国国家航空航天局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理这架望远镜。戈达德还与科罗拉多州丹佛的洛克希德·马丁航天公司一起执行任务。位于马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所（STScI）为美国国家航空航天局进行哈勃和韦伯的科学操作。

　　詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上首屈一指的空间科学天文台。韦伯正在解开我们太阳系的奥秘，展望其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中的位置。韦伯是由美国国家航空航天局及其合作伙伴欧空局和加拿大航天局领导的一个国际项目。