美國國家航空航天局的韋伯、哈勃望遠鏡證實了宇宙的膨脹率，困惑依然存在 _美國

據美國宇航局：當你試圖解決宇宙學中最大的難題之一時，你應該仔細檢查你的家庭作業。這個被稱為“哈勃張力”的難題是，根據宇宙的初始條件和我們目前對宇宙演化的理解，目前宇宙的膨脹速度比天文學家預期的要快。
科學家們使用美國國家航空航天局的哈勃太空望遠鏡和許多其他望遠鏡，一致發現了一個與歐空局（歐洲航天局）普朗克任務觀測結果預測不符的數字。解決這種差異需要新的物理學嗎？或者這是用于確定空間膨脹率的兩種不同方法之間測量誤差的結果？

這張距離地球約1.3億光年的NGC 5468星系的圖像結合了哈勃和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的數據。這是哈勃發現造父變星最遠的星系。這些是測量宇宙膨脹率的重要里程碑。從造父變星計算出的距離與銀河系中的一顆Ia型超新星相互關聯。Ia型超新星非常明亮，它們被用來測量遠超造父變星范圍的宇宙距離，將宇宙膨脹率的測量擴展到更深的空間。
30年來，哈勃望遠鏡一直在測量宇宙當前的膨脹速度，天文學家們希望消除對其準確性的任何揮之不去的懷疑。現在，哈勃和美國國家航空航天局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡已經聯手進行了明確的測量，進一步證明了其他因素——而不是測量誤差——正在影響膨脹率。
巴爾的摩約翰斯·霍普金斯大學的物理學家Adam Riess說：“由于測量誤差被否定，剩下的是我們誤解宇宙的真實而令人興奮的可能性。” 。里斯因共同發現宇宙膨脹正在加速這一事實而獲得諾貝爾獎，這是由于一種現在被稱為“暗能量”的神秘現象
作為交叉檢查，韋伯在2023年的首次觀測證實了哈勃對膨脹宇宙的測量是準確的。然而，為了緩解哈勃望遠鏡的壓力，一些科學家推測，隨著我們深入宇宙，測量中看不見的誤差可能會增加并變得可見。特別是，恒星擁擠可能會以系統的方式影響更遠恒星的亮度測量。
由里斯領導的SH0ES（暗能量狀態方程的超新星H0）團隊用韋伯對被稱為造父變星的關鍵宇宙里程標物體進行了額外的觀測，這些物體現在可以與哈勃數據相關聯。
里斯說：“我們現在已經跨越了哈勃觀測到的整個范圍，我們可以非常有信心地排除測量誤差是哈勃張力的原因。” 。
該團隊在2023年的前幾次韋伯觀測成功地表明，哈勃在堅定地建立所謂的宇宙距離階梯的第一級保真度方面走在了正確的軌道上。
天文學家使用各種方法來測量宇宙中的相對距離，具體取決于被觀測的物體。這些技術統稱為宇宙距離階梯——每個梯級或測量技術都依賴于前一步的校準。
但一些天文學家認為，如果造父變星的測量隨著距離的推移變得不那么準確，那么沿著“第二級”向外移動，宇宙距離階梯可能會變得不穩定。之所以會出現這種不準確的情況，是因為造父變星的光線可能會與鄰近恒星的光線混合——隨著恒星聚集在一起，這種影響可能會隨著距離的推移而變得更加明顯，并且變得更難區分。
觀測方面的挑戰是，過去哈勃拍攝的這些更遠造父變星的圖像看起來更為擁擠，與我們和宿主星系之間距離越來越遠的鄰近恒星重疊，需要仔細考慮這種影響。塵埃的介入使可見光測量的確定性進一步復雜化。韋伯切開塵埃，自然地將造父變星與鄰近的恒星隔離開來，因為它在紅外波長下的視野比哈勃更清晰。

在這些并排圖像的中心是一類特殊的恒星，它被用作測量宇宙膨脹率的里程標——造父變星。這兩張照片都非常像素化，因為它們是一個遙遠星系的放大視圖。每個像素代表一顆或多顆恒星。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的圖像在近紅外波長下比哈勃望遠鏡（主要是可見紫外線望遠鏡）清晰得多。通過用韋伯更清晰的視覺減少混亂，造父變星更清晰地脫穎而出，消除了任何潛在的混亂。韋伯被用來觀察造父變星的樣本，并證實了哈勃之前觀測的準確性，這些觀測是精確測量宇宙膨脹率和年齡的基礎。圖像：NASA、ESA、CSA、STScI、Adam G.Riess（JHU ， STScI）
里斯說：“韋伯和哈勃的結合讓我們兩全其美。我們發現，隨著我們沿著宇宙距離的階梯越走越遠，哈勃的測量結果仍然可靠。” 。
新的韋伯觀測包括八顆Ia型超新星的五個宿主星系，共包含1000個造父變星，并延伸到距離1.3億光年的最遠星系——NGC 5468 。巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的合著者Gagandeep Anand說：“這跨越了我們用哈勃望遠鏡進行測量的整個范圍。所以，我們已經走到了宇宙距離階梯的第二級的盡頭。”該研究所為美國國家航空航天局運營韋伯和哈勃望遠鏡。
哈勃望遠鏡和韋伯對哈勃張力的進一步確認建立了其他天文臺，可能會解開這個謎團。美國國家航空航天局即將推出的Nancy Grace Roman太空望遠鏡將進行廣泛的天體調查，以研究暗能量的影響，暗能量是導致宇宙膨脹加速的神秘能量。歐空局的歐幾里得天文臺在美國國家航空航天局的幫助下，正在進行類似的任務。
目前，哈勃和韋伯觀測到的距離階梯似乎已經在河流的一條海岸線上牢牢地固定了一個錨點，而普朗克從宇宙開始觀測到的大爆炸的余輝則牢牢地固定在了另一邊。在這兩個端點之間的數十億年里，宇宙的膨脹是如何變化的，還有待直接觀察。里斯說：“我們需要弄清楚，在如何將宇宙的起源與今天聯系起來的問題上，我們是否遺漏了一些東西。” 。
這些發現發表在2024年2月6日的《天體物理雜志快報》上。
哈勃太空望遠鏡已經運行了30多年，并繼續做出開創性的發現，這些發現塑造了我們對宇宙的基本理解。哈勃望遠鏡是美國國家航空航天局和歐空局之間的國際合作項目。美國國家航空航天局位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心負責管理這架望遠鏡。戈達德還與科羅拉多州丹佛的洛克希德·馬丁航天公司一起執行任務。位于馬里蘭州巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所（STScI）為美國國家航空航天局進行哈勃和韋伯的科學操作。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是世界上首屈一指的空間科學天文臺。韋伯正在解開我們太陽系的奧秘，展望其他恒星周圍的遙遠世界，探索我們宇宙的神秘結構和起源以及我們在其中的位置。韋伯是由美國國家航空航天局及其合作伙伴歐空局和加拿大航天局領導的一個國際項目。