新的测量可能会改变我们对宇宙的理解

宇宙正在膨胀，但究竟有多快?答案似乎取决于你是否估计宇宙膨胀率 - 称为哈勃常数或H0—基于大爆炸的回波(宇宙微波背景，或CMB)或你测量H0直接基于今天的恒星和星系。这个问题被称为哈勃张力，困扰着世界各地的天体物理学家和宇宙学家。

由洛桑联邦理工学院物理研究所的理查德·安德森(Richard Anderson)领导的恒星标准蜡烛和距离研究小组进行的一项研究为这个难题增添了新的一块。他们的研究发表在《天文学与天体物理学》上，根据欧洲航天局(ESA)盖亚任务收集的数据，迄今为止对造父变星进行了最准确的校准 - 一种光度在规定时间内波动的变星。这种新的校准进一步放大了哈勃张力。

哈勃常数(H0)以天体物理学家的名字命名，他与乔治·勒梅特一起在 1920 年代后期发现了这种现象。它以每秒公里/兆秒差距(km/s/Mpc)为单位，其中1 Mpc约为3万光年。

H 的最佳直接测量0使用“宇宙距离阶梯”，其第一个梯级由造父变星亮度的绝对校准设置，现在由EPFL研究重新校准。反过来，造父变星校准了阶梯的下一个梯级，超新星 - 恒星在生命结束时的强大爆炸 - 追踪空间本身的膨胀。

这个距离阶梯，由超新星测量，H0，对于由0年诺贝尔物理学奖获得者亚当·里斯领导的暗能量状态方程(SH2011ES)团队，将H0在 73.0 ± 1.0 公里/秒/米克。

大爆炸后的第一次辐射

H0也可以通过解释CMB来确定 - CMB是13多亿年前大爆炸遗留下来的无处不在的微波辐射。然而，这种“早期宇宙”测量方法必须假设对宇宙如何演化有最详细的物理理解，使其依赖于模型。欧空局的普朗克卫星提供了CMB最完整的数据，根据这种方法，H0是 67.4 ± 0.5 公里/秒/Mpc。

哈勃张力是指5.6 km/s/Mpc的差异，这取决于使用的是CMB(早期宇宙)方法还是距离阶梯(晚期宇宙)方法。这意味着，只要在两种方法中进行的测量都是正确的，那么对控制宇宙的基本物理定律的理解是错误的。当然，这个主要问题强调了天体物理学家的方法的可靠性是多么重要。

新的EPFL研究非常重要，因为它通过改进造父变星作为距离追踪器的校准来加强距离阶梯的第一级。事实上，新的校准使我们能够测量0.9%以内的天文距离±这为晚期宇宙测量提供了强有力的支持。此外，洛桑联邦理工学院与SH0ES团队合作获得的结果有助于完善H0测量，从而提高精度并增加哈勃张力的重要性。

“我们的研究证实了73 km / s / Mpc的膨胀率，但更重要的是，它还提供了造父变星的最精确，可靠的校准，作为迄今为止测量距离的工具，”安德森说。

“我们开发了一种方法，通过测试恒星是否在银河系中一起移动，寻找属于由数百颗恒星组成的星团的造父变星。多亏了这个技巧，我们可以利用盖亚视差测量的最佳知识，同时受益于许多星团成员恒星提供的精度增益。这使我们能够将盖亚视差的准确性推向极限，并为距离梯子提供最坚实的基础。

重新思考基本概念

考虑到宇宙的广阔规模，为什么只有几公里/秒/Mpc的差异很重要?“这种差异具有巨大的意义，”安德森说。

“假设你想通过挖掘山的两侧来建造一条隧道。如果您正确理解了岩石的类型并且您的计算正确，那么您正在挖掘的两个洞将在中心相遇。但如果他们不这样做，那就意味着你犯了一个错误——要么你的计算是错误的，要么你对岩石的类型是错误的。

“这就是哈勃常数的情况。我们越能确认我们的计算是准确的，我们就越能得出结论，这种差异意味着我们对宇宙的理解是错误的，宇宙并不像我们想象的那样。

这种差异还有许多其他含义。它对基本原理提出了质疑，比如暗能量的确切性质、时空连续体和引力。“这意味着我们必须重新思考构成我们对物理学整体理解的基础的基本概念，”安德森说。

他的研究小组的研究在其他领域也做出了重要贡献。“因为我们的测量非常精确，它们让我们深入了解银河系的几何形状，”安德森研究小组的博士生，该研究的主要作者Mauricio Cruz Reyes说。“例如，我们开发的高精度校准将使我们能够更好地确定银河系作为平面盘星系的大小和形状以及它与其他星系的距离。我们的工作还通过与其他望远镜的数据进行比较来证实盖亚数据的可靠性。