多虧了詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，宇宙學中最大的衝突可能正在一步步接近解決。
科學家們對宇宙膨脹率（即哈勃常數）存在分歧。測量它的主要方法有兩種——一種基於稱為超新星的爆炸恆星，另一種基於宇宙最古老的光，即宇宙微波背景。這兩種技術已，即所謂的“哈勃張力”（序列號：2014 年 3 月 21 日）。如果這種張力是真實存在的，而不是由於其中一項測量中的錯誤而導致的，那麼科學家們對宇宙的理解將需要發生巨大的轉變。
兩位核心人物發表的新論文引發了人們的希望，即詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）對某些類型恆星和超新星的額外觀測可以一勞永逸地解決這種不和諧是否真實的問題。
兩支團隊對於這種緊張關係是否存在存在分歧。一個團隊表示，JWST 數據沒有強有力的證據證明哈勃張力。但另一組則表示，JWST 的數據強化了這兩種測量方法存在衝突的論點。 “我對哈勃張力更感興趣，”其中一個團隊的負責人、約翰·霍普金斯大學的宇宙學家亞當·里斯說。
不同陣營最終在一項測量上達成了一致：到附近星系的距離，這是從超新星推斷宇宙膨脹率所必需的。 “這確實是新的——我們在距離上達成了一致，這是真正的進步，”領導另一個團隊的芝加哥大學宇宙學家溫迪·弗里德曼說。
“如果你在 10 年前告訴我，所有這些都會在這個水平上達成一致，我就會跳上跳下，”里斯團隊成員、杜克大學的宇宙學家丹尼爾·斯科尼克 (Daniel Scolnic) 說。
該協議讓科學家們有了新的信心，相信長期存在的爭端即將得到解決。 “我非常樂觀地認為，在接下來的幾年裡，我們現在討論的問題將得到解決，”弗里德曼說。
就距離達成共識
科學家的宇宙理論，稱為標準宇宙學模型，主要基於未知數。暗物質是一種為星系增加看不見的質量的物質，但從未被直接探測到。暗能量這種導致宇宙加速膨脹的現象同樣是一個完全的問號。但事實證明，該模型在描述宇宙方面非常成功。
從遠古的宇宙微波背景光出發，科學家可以使用標準宇宙學模型來確定今天的膨脹率。該技術發現空間正在以每兆秒差距每秒 67 公里的速度膨脹。 （一兆秒差距約為 300 萬光年。）
但里斯和同事對超新星的測量將這個數字固定在大約 73 公里/秒/Mpc——這使得兩個結果直接衝突。這可能暗示標準宇宙學模型出了問題。
為了通過超新星技術確定膨脹率，宇宙學家必須測量到許多遙遠超新星的距離。這需要一種稱為距離階梯的技術，將附近的距離轉換為更遠的距離。
受到特別審查的是這個階梯的第二級，科學家們觀察某些類型的恆星——最常見的是被稱為造父變星的脈動恆星——以確定到它們所在的星係以及到同一星系中發生的超新星的距離。使用 JWST 觀測這些恆星，其分辨率比哈勃太空望遠鏡更好，可以找出該梯級測量中的缺陷。
除了造父變星之外，弗里德曼和同事還使用其他兩種類型的恆星進行距離測量。 Freedman 和同事利用 JWST 的所有三個數據，發現膨脹速率約為 70 km/s/Mpc。考慮到測量的不確定性，這與宇宙微波背景數足夠接近，因此不需要物理學家重新思考宇宙，該團隊在 8 月 12 日提交給 arXiv.org 的論文中進行了報告。但這也並不能完全排除哈勃張力的存在。 “我們需要更多的數據來明確回答這個問題，”弗里德曼說。
弗里德曼說，這三種距離測量技術總體上是一致的。造父變星測量得出的哈勃常數值略高於其他兩種方法，但不足以得出該技術存在問題的結論。 “存在一定的抵消，但不確定性足夠大，你不能肯定地說，‘結果就是這樣，’”弗里德曼說。
哈勃望遠鏡持續喧鬧
儘管在距離上達成一致，但團隊在哈勃常數上仍然存在分歧。這可能是由於少量測量Riess、Scolnic 及其同事在 8 月 21 日提交給 arXiv.org 的論文中報告了迄今為止使用 JWST 所做的工作。該團隊認為，如果 Freedman 的團隊選擇不同的星系用 JWST 進行觀測，他們將獲得更大的哈勃常數值。 （這兩篇論文都沒有經過同行評審，結果可能會在進一步審查下發生變化。）
科學家們正在研究來自 JWST 的第一批數據。為了解決這個難題，“我們能做的最好的事情就是使用更多的 JWST 時間來研究距離尺度，”亞利桑那州圖森市 NOIRLab 的天文學家約翰·布萊克斯利（John Blakeslee）說道，他沒有參與這項研究。
弗里德曼希望繼續尋找被稱為系統不確定性的未知問題，這些問題可能會人為地推高哈勃常數的估計值。一個令人擔憂的問題是擁擠——許多恆星聚集在同一個地方，從而影響了造父變星的測量。去年，里斯的團隊在 JWST 數據中（序列號：9/28/23）。但弗里德曼表示，這種效應在更遠的距離上可能比 JWST 迄今研究的結果更為顯著。
加州大學伯克利分校的宇宙學家索爾·珀爾穆特（未參與這項研究）表示，如果科學家發現不同的距離測量結果不一致，“那麼這可能表明，在我們擔心宇宙學模型的重大問題之前，我們仍然必須首先弄清楚系統不確定性的根源。”
但許多物理學家對哈勃張力持樂觀態度。一方面，其他各種方法也發現了高於預期的膨脹率，英國謝菲爾德大學的宇宙學家埃萊奧諾拉·迪·瓦倫蒂諾（Eleonora Di Valentino）說，她沒有參與這項研究。 “哈勃張力仍然非常強勁。”
“我認為這些結果支持了……我們對標準宇宙學模型的期望與我們從這些測量中看到的結果之間存在差異這一事實，”加州大學戴維斯分校的宇宙學家勞埃德·諾克斯（Lloyd Knox）說，他沒有參與任何一個團隊。
他指出，標準的宇宙學模型依賴於神秘的暗能量和暗物質。 “也許這是關於黑暗宇宙的一條線索，我們只需要弄清楚如何解釋它。”
