两种测量宇宙膨胀率的方法产生了两个相互矛盾的答案。许多人指出,新的物理学在起作用的可能性,但一项新的分析认为,看不见的错误可能是罪魁祸首。

由哈勃太空望远镜观测到的造父变星r Puppis。这些类型的恒星与超新星一起被用来测量宇宙的膨胀率。

科学家们已经掌握了所有可以用来测量宇宙膨胀速度的工具,这一速率被称为“哈勃常数”。但这些测量结果却带来了矛盾的结果。

这些相互冲突的测量结果让天体物理学家们感到苦恼,并激发了人们对未知的物理过程是否会导致这种差异的猜测。也许暗物质粒子与行星、恒星和星系的常规物质有很强的相互作用?或者也许是一个尚未被探测到的外来粒子,比如所谓的惰性中微子,可能正在发挥作用。这种可能性就像理论物理学家的想象力一样无限。

然而,爱丁堡大学的宇宙学家、宇宙学家的领军人物约翰皮科克的一项新研究,对这场冲突采取了更为保守的观点。他和他的合著者,巴塞罗那大学的研究生josluis Bernal一起,认为在测量中不存在任何张力。例如,在一个望远镜的仪器中,只有一个gremlin,或者一个被低估的错误,就是解释哈勃值之间的差距所需要的全部。“当你做这些测量的时候,你就会解释你所知道的一切,当然,也有可能是我们不知道的事情。”他们的论文以一种数学的方式将其形式化,”芝加哥大学的天文学家温迪弗里德曼说。弗里德曼是用造父变星来测量哈勃常数的先驱,它们都以相同的内在亮度发光。确定这些恒星有多明亮,你可以精确地计算出这些恒星的距离。测量这些星系离我们有多快,而哈勃常数也跟着。这种方法可以通过攀登“宇宙距离阶梯”来扩展到更遥远的宇宙——利用造父变星的亮度来校准超新星的亮度,这可以从数十亿光年以外的地方看到。

当然,所有这些测量都有不确定性。每个研究小组首先进行原始测量,然后试图解释单个望远镜的变幻莫测、天体物理的未知,以及无数其他的不确定性来源,这些不确定性可以让夜猫子们整天都在工作。然后,所有发表的研究都被合并成一个单独的数字,用于扩展速率,以及这个数字有多不确定的测量。

在这项新研究中,皮科克认为,在这些计算的任何阶段,未知的错误都可能潜入,而对天文学家来说,这一点也不明显。他和伯纳尔用一种“贝叶斯”统计方法对不同的测量结果进行了元分析。它将测量分为独立的类,这意味着它们不使用相同的望远镜或具有相同的隐含假设。当新的测量结果出来时,它也可以很容易地更新。皮科克说:“有一个明确的需求——你可能会认为统计学家多年前就会这么做——因为你如何将测量结果结合起来,如果你开始在结果误差棒上下注,你就不太可能失去你的衬衫。”他和伯纳尔随后考虑了可能被低估的错误和偏差的可能性,这些错误和偏差可能会系统性地将测量的扩张速度向上或向下调整。他说:“这与正常的法律程序是相反的:所有的测量都是有罪的,直到被证明是清白的。”把这些未知的未知因素考虑进去,哈勃的差异就消失了。

其他研究人员一致认为,这些平凡的因素可能在起作用,而对哈勃常数的兴奋部分是由于渴望在宇宙中寻找新的东西。“我有一种非常糟糕的感觉,我们被某种宇宙模型困住了,但我们不能从最初的原理中理解或解释,然后就会有很多挫折,”纽约大学的天体物理学家Andrea macci说道。“这促使人们投身于任何新物理的可能性,无论证据多么薄弱。”

与此同时,研究人员继续改进他们对哈勃常数的测量。在今天发表在科学预印网站arxiv.org上的一篇论文中,研究人员使用了欧洲航天局的盖亚卫星拍摄的17亿颗恒星的测量数据,以更精确地校准到附近的造父星的距离。然后,他们爬上宇宙距离的梯子,重新计算哈勃常数的值。有了这些新数据,哈勃望远镜测量的两项测量之间的分歧变得更严重了;研究人员估计,这种差异是由偶然因素造成的,只有不到0.01%的可能性。一个简单的解决方案是受欢迎的,但不要指望它很快就会到来。

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