詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）新的观测结果表明，宇宙中的一个新特征——而非望远镜测量的缺陷，可能是一个困扰科学家长达数十年的谜团的原因，即现在的宇宙膨胀速度为何比数十亿年前“婴儿期”更快。12月9日，相关研究成果发表于《天体物理学杂志》。

新数据证实了哈勃空间望远镜测量的附近恒星和星系之间的距离，为解决宇宙神秘膨胀测量中的不匹配问题提供了重要的交叉检验。这种被称为哈勃张力的差异，即使是最先进的宇宙学模型也无法解释。

“观测到的宇宙膨胀速度与标准模型预测结果之间的差异表明，我们对宇宙的理解可能还不完整。现在美国国家航空航天局的两台旗舰望远镜相互确认了彼此的发现，我们必须非常认真地对待哈勃张力问题，这是一个挑战，也是深入了解宇宙的绝佳机会。”论文作者之一、美国约翰斯·霍普金斯大学教授 Adam Riess说。

Riess是2011年诺贝尔物理学奖得主，此次的研究建立在他获得诺贝尔奖的发现的基础上，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，宇宙正在加速膨胀。

Riess团队使用JWST在太空前两年收集的最大数据样本来验证哈勃对宇宙膨胀率的测量，这个数字被称为哈勃常数。他们使用了3种不同的方法测量到超新星所在星系的距离，重点关注哈勃之前测量的距离，这是已知的最精确的“局部”测量值。两台望远镜的观测结果非常接近，表明哈勃的测量结果是准确的，并且清除了将张力归因于哈勃误差的不准确之处。

尽管如此，哈勃常数仍是一个谜。因为与使用“宇宙学标准模型”得出的预测结果（67~68公里/秒/百万秒差距）相比，望远镜对当前宇宙的测量值（平均为73公里/秒/百万秒差距）更高。“宇宙学标准模型”是一个被广泛接受的关于宇宙如何运行的框架，它使用大爆炸留下的微弱辐射——宇宙微波背景数据进行校准。

10多年来，这种不匹配一直困扰着宇宙学家，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测技术缺陷来解释。

Riess团队报告说，由于JWST的新数据排除了哈勃测量中的重大偏差，因此哈勃的张力可能源于未知的因素或宇宙学家对未知的物理学理解的偏差。

“JWST的数据就像第一次以高清晰度观察宇宙，并且确实提高了测量的信噪比。”约翰斯·霍普金斯大学的研究生李思扬（音译）说。

这项新研究以已知的到NGC 4258星系的距离为参照点，覆盖了哈勃完整星系样本的大约1/3。尽管数据集较小，但该团队取得了令人印象深刻的精度，显示测量结果之间的差异小于2%。

除了对被称为造父变星的脉动恒星进行分析外，研究团队还对同一星系中的富含碳的恒星和最亮的红巨星进行了交叉检验。由JWST观测到的所有星系及其超新星的哈勃常数为72.6公里/秒/百万秒差距，与哈勃对相同星系测量的72.8公里/秒/百万秒差距的值几乎相同。

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规模上的演化，广阔的空间本身在拉伸，并将遥远的星系彼此推开，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、深化对大爆炸后130亿~140亿年的宇宙状态的理解，以及计算宇宙其他基本方面的关键值。

未参与这项研究的约翰斯·霍普金斯大学的宇宙学家Marc Kamionkowski曾帮助计算哈勃常数，最近还帮助发展了一种可能的新张力解释，他说，解决哈勃张力可能会揭示与“宇宙学标准模型”之间更多差异的新见解。

标准模型解释了星系、大爆炸的宇宙微波背景，宇宙中化学元素的丰度以及许多其他关键观测，这些都是基于已知的物理定律。然而，它并没有完全解释暗物质和暗能量的本质，据估计，暗物质和暗能量是宇宙中96%的组成部分和加速膨胀的原因。

“哈勃张力的一个可能解释是，我们对早期宇宙的理解可能存在缺失，比如一种新的物质成分——早期暗能量，在大爆炸之后给了宇宙一个意想不到的冲击。”Kamionkowski说，“还有其他的想法，比如有趣的暗物质特性、奇异粒子、电子质量或原始磁场的改变，都可能起到作用。理论学家可以发挥极大的创造力。”

相关论文信息：https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad8c21