兩種測量宇宙膨脹率的方法產生了兩個相互矛盾的答案。許多人指出,新的物理學在起作用的可能性,但一項新的分析認爲,看不見的錯誤可能是罪魁禍首。

由哈勃太空望遠鏡觀測到的造父變星r Puppis。這些類型的恆星與超新星一起被用來測量宇宙的膨脹率。

科學家們已經掌握了所有可以用來測量宇宙膨脹速度的工具,這一速率被稱爲“哈勃常數”。但這些測量結果卻帶來了矛盾的結果。

這些相互衝突的測量結果讓天體物理學家們感到苦惱,並激發了人們對未知的物理過程是否會導致這種差異的猜測。也許暗物質粒子與行星、恆星和星系的常規物質有很強的相互作用?或者也許是一個尚未被探測到的外來粒子,比如所謂的惰性中微子,可能正在發揮作用。這種可能性就像理論物理學家的想象力一樣無限。

然而,愛丁堡大學的宇宙學家、宇宙學家的領軍人物約翰皮科克的一項新研究,對這場衝突採取了更爲保守的觀點。他和他的合著者,巴塞羅那大學的研究生josluis Bernal一起,認爲在測量中不存在任何張力。例如,在一個望遠鏡的儀器中,只有一個gremlin,或者一個被低估的錯誤,就是解釋哈勃值之間的差距所需要的全部。“當你做這些測量的時候,你就會解釋你所知道的一切,當然,也有可能是我們不知道的事情。”他們的論文以一種數學的方式將其形式化,”芝加哥大學的天文學家溫迪弗裏德曼說。弗裏德曼是用造父變星來測量哈勃常數的先驅,它們都以相同的內在亮度發光。確定這些恆星有多明亮,你可以精確地計算出這些恆星的距離。測量這些星系離我們有多快,而哈勃常數也跟着。這種方法可以通過攀登“宇宙距離階梯”來擴展到更遙遠的宇宙——利用造父變星的亮度來校準超新星的亮度,這可以從數十億光年以外的地方看到。

當然,所有這些測量都有不確定性。每個研究小組首先進行原始測量,然後試圖解釋單個望遠鏡的變幻莫測、天體物理的未知,以及無數其他的不確定性來源,這些不確定性可以讓夜貓子們整天都在工作。然後,所有發表的研究都被合併成一個單獨的數字,用於擴展速率,以及這個數字有多不確定的測量。

在這項新研究中,皮科克認爲,在這些計算的任何階段,未知的錯誤都可能潛入,而對天文學家來說,這一點也不明顯。他和伯納爾用一種“貝葉斯”統計方法對不同的測量結果進行了元分析。它將測量分爲獨立的類,這意味着它們不使用相同的望遠鏡或具有相同的隱含假設。當新的測量結果出來時,它也可以很容易地更新。皮科克說:“有一個明確的需求——你可能會認爲統計學家多年前就會這麼做——因爲你如何將測量結果結合起來,如果你開始在結果誤差棒上下注,你就不太可能失去你的襯衫。”他和伯納爾隨後考慮了可能被低估的錯誤和偏差的可能性,這些錯誤和偏差可能會系統性地將測量的擴張速度向上或向下調整。他說:“這與正常的法律程序是相反的:所有的測量都是有罪的,直到被證明是清白的。”把這些未知的未知因素考慮進去,哈勃的差異就消失了。

其他研究人員一致認爲,這些平凡的因素可能在起作用,而對哈勃常數的興奮部分是由於渴望在宇宙中尋找新的東西。“我有一種非常糟糕的感覺,我們被某種宇宙模型困住了,但我們不能從最初的原理中理解或解釋,然後就會有很多挫折,”紐約大學的天體物理學家Andrea macci說道。“這促使人們投身於任何新物理的可能性,無論證據多麼薄弱。”

與此同時,研究人員繼續改進他們對哈勃常數的測量。在今天發表在科學預印網站arxiv.org上的一篇論文中,研究人員使用了歐洲航天局的蓋亞衛星拍攝的17億顆恆星的測量數據,以更精確地校準到附近的造父星的距離。然後,他們爬上宇宙距離的梯子,重新計算哈勃常數的值。有了這些新數據,哈勃望遠鏡測量的兩項測量之間的分歧變得更嚴重了;研究人員估計,這種差異是由偶然因素造成的,只有不到0.01%的可能性。一個簡單的解決方案是受歡迎的,但不要指望它很快就會到來。

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