本报讯 如今的宇宙膨胀速度为何比数十亿年前的“婴儿期”更快？这个问题困扰了科学家数十年。现在，美国国家航空航天局（NASA）詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）的观测结果表明，宇宙的一个新特征，而非望远镜的测量误差，可能是加速的原因。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NASA的哈勃空间望远镜的观测数据，为解决宇宙膨胀测量中的不匹配问题提供了交叉检查。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NASA的两台空间望远镜相互确认了彼此的发现，使得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、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，此次研究正是基于诺奖的发现，即由于一种弥漫在恒星和星系之间的神秘“暗能量”，宇宙正在加速膨胀。

Riess团队使用JWST两年中收集的最大数据样本验证了哈勃对宇宙膨胀率的测量，即哈勃常数。他们使用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，这是已知最精确的“局部”测量结果。两台望远镜的观测结果非常接近，表明哈勃的测量是准确的，因此不能将张力归因于哈勃的误差。

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的缺陷加以解释。

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，因此哈勃张力可能缘于未知因素或宇宙学家在物理学理解上的空白。

这项新研究以已知的到NGC 4258星系的距离为参照点，覆盖了哈勃全星系样本的大约1/3。尽管数据集较小，但该团队获得的精度很高，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富含碳的恒星和最亮的红巨星进行了交叉检验。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。该常数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·霍普金斯大学宇宙学家Marc Kamionkowski曾帮助计算哈勃常数。他说，解释哈勃张力问题可能有助提出与“宇宙学标准模型”存在更多差异的新见解。

标准模型解释了星系演化、大爆炸的宇宙微波背景，宇宙中化学元素的丰度以及其他许多关键观测，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，96%的宇宙是由暗物质和暗能量组成的，并加速宇宙膨胀。

“哈勃张力的一个可能解释是，我们对早期宇宙的理解存在缺失，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。”（文乐乐）

相关论文信息：

https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad8c21