由於詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）對宇宙膨脹的測量結果不同而引發的”宇宙學危機”可能即將得到解決。科學家分析的新數據表明，哈伯張力可能沒有先前想像的那麼嚴重。這可能意味著我們目前的宇宙模型仍然是準確的。

科學家利用詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）獲取的新數據，透過測量包括上圖中的NGC 3972 在內的10 個星系的光線，對宇宙隨時間膨脹的速度做出了新的解讀。圖片來源：尤瓦爾-哈帕茲（Yuval Harpaz），數據來自JWST

我們對宇宙有很多了解，但天文學家仍在爭論宇宙膨脹的速度到底有多快。事實上，在過去的二十年裡，測量這個數字（即”哈伯常數”）的兩種主要方法得出了不同的答案，這讓一些人懷疑我們的宇宙運行模型中是否缺少了什麼。

但是，強大的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）的最新測量結果似乎表明，可能根本不存在衝突，也就是不存在所謂的”哈伯張力”。

在提交給《天體物理學雜誌》的一篇論文中，芝加哥大學宇宙學家溫迪-弗里德曼（Wendy Freedman）和她的同事分析了美國國家航空航天局功能強大的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）拍攝的新數據。他們測量了附近十個星系的距離，並測出了目前宇宙膨脹速度的新值。他們的測量結果是每兆距每秒70 公里，與哈伯常數的其他主要測量方法重疊。

著名天文學家、芝加哥大學天文學和天體物理學約翰和瑪麗昂-沙利文大學教授弗里德曼說：”根據這些新的JWST 數據，並使用三種獨立的方法，我們沒有發現哈伯張力的有力證據。 “

1929 年，芝加哥大學校友埃德溫-哈伯（Edwin Hubble，1910 年本科畢業，1917 年博士畢業）對恆星進行了測量，結果表明最遙遠的星系遠離地球的速度快於附近的星系。但令人驚訝的是，人們一直難以確定目前宇宙膨脹速度的確切數字。

JWST 提供的恆星視圖（左圖）明顯比哈伯太空望遠鏡（右圖）觀測到的相同恆星更清晰。資料來源：Freedman et al.

這個數字被稱為哈伯常數，對於了解宇宙的背景故事至關重要。它是我們關於宇宙如何隨時間演變的模型的關鍵部分。

弗里德曼解釋說：”證實哈伯常數張力的真實性將對基礎物理學和現代宇宙學產生重大影響。”

鑑於這些測量的重要性和難度，科學家們用不同的方法進行測試，以確保測量結果盡可能準確。其中一個主要方法是研究宇宙大爆炸後的殘餘光線，也就是宇宙微波背景。目前，用這種方法對哈伯常數的最佳估計值是每兆距每秒67.4 公里，非常精確。

弗里德曼擅長的第二種主要方法是利用已知亮度的恆星，直接測量本地宇宙鄰域中星系的膨脹情況。就像汽車燈在遠處看起來比較暗一樣，在越來越遠的距離上，恆星看起來也越來越暗。測量星系遠離我們的距離和速度，就能告訴我們宇宙膨脹的速度。

過去，用這種方法測量得出的哈伯常數數字較高–接近每百萬法距每秒74 公里。

這種差異之大，足以讓一些科學家猜測，我們的宇宙演化標準模型可能遺漏了一些重要的東西。例如，由於一種方法研究的是宇宙的最初時期，而另一種方法研究的是當前時期，因此隨著時間的推移，宇宙中可能發生了一些重大變化。這種明顯的不匹配被稱為”哈伯張力”。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）為人類提供了一個觀察太空深處的強大新工具。這台哈伯望遠鏡的後繼者於2021 年發射升空，它已經拍攝出了令人驚嘆的清晰影像，揭示了遙遠世界的新面貌，並收集了前所未有的數據，打開了宇宙的新視窗。

藝術家的概念圖，展示了宇宙自大爆炸以來隨著時間的推移而膨脹的過程。資料來源：美國太空總署戈達德太空飛行中心

弗里德曼和她的同事利用這架望遠鏡對附近的十個星系進行了測量，為測量宇宙膨脹率奠定了基礎。

為了核對結果，他們使用了三種獨立的方法。第一種方法使用一種被稱為”仙王座變星”的恆星，這種恆星的亮度會隨著時間的推移而發生可預測的變化。第二種方法被稱為”紅巨星分支尖端法”，它利用了低質量恆星亮度達到固定上限這一事實。第三種，也是最新的一種方法採用了一種稱為碳星的恆星，這種恆星在近紅外光譜中具有一致的顏色和亮度。新的分析是首次在同一星系內同時使用這三種方法。

在每種情況下，這些數值都在宇宙微波背景法給出的每百萬英微秒67.4 千米的誤差範圍之內。弗里德曼說：”從三個完全不同類型的恆星那裡獲得良好的一致意見，對我們來說是一個有力的指標，說明我們走在正確的道路上。”

研究報告的合著者、卡內基科學研究所的巴里-馬多爾（Barry Madore）和芝加哥大學的客座教師說：”未來利用JWST 進行的觀測對於證實或反駁哈伯張力以及評估其對宇宙學的影響至關重要。

編譯自/ ScitechDaily