上次我撰文探讨了颠覆标准宇宙学模型的新数据。在有人开始重新搬出那些边缘宇宙学模型之前,我们必须明确这项新研究没有颠覆什么。它并没有说大爆炸模型是错误的,也没有说宇宙不在膨胀,或者需要抛弃哈勃的红移-距离关系。

它真正指出的只是我们的哈勃常数模型错了。但由于所谓的“哈勃张力”,我们其实早已知道这一点。这些新结果或许也能解开这个谜团。
在我们深入探讨哈勃张力之前,先来聊聊哈勃常数和弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规。1929年,得益于亨丽爱塔·勒维特等人的工作,埃德温·哈勃能够证明——在本星系群之外——星系越远,其红移就越大。他发现距离和红移之间的关系是线性的,这促使他提出了一个宇宙学常数,即现在所知的哈勃常数。
1917年,爱因斯坦在广义相对论中引入了一个宇宙学常数,以平衡星系的引力。与当时大多数天文学家一样,爱因斯坦假设宇宙处于稳态。没有这个常数,稳态就不可能实现。随着哈勃的发现,爱因斯坦放弃了这个想法,但亚历山大·弗里德曼和乔治·勒梅特独立发现,带有宇宙学常数的爱因斯坦方程的解,可以描述一个始于大爆炸的膨胀宇宙。
1935年,霍华德·罗伯逊和阿瑟·沃克证明了FLRW度规是描述均匀膨胀宇宙的广义相对论的唯一解。这就是标准模型中使用的度规。由于FLRW度规使用Λ作为宇宙学常数的符号,所以它也被称为ΛCDM模型。
哈勃常数H0和宇宙学常数Λ相关,但并不完全相同。宇宙膨胀的速率取决于几个因素:宇宙学常数(暗能量)、宇宙中暗物质和普通物质的数量以及这些物质的分布。简而言之,物质试图将万物拉拢,而暗能量试图将万物推开,两者之间的平衡决定了宇宙膨胀的速率,即哈勃常数。
自然,由于早期宇宙比现在的宇宙密度大,你会预期宇宙膨胀速率随时间推移会有所增加。这就是为什么发现宇宙膨胀在加速是如此重大的事件。它证明了暗能量和宇宙学常数的存在。这也是为什么如今哈勃常数常被称为哈勃参数。
几十年来,观测证据都支持ΛCDM模型。但在过去十年左右,我们对哈勃参数的测量开始出现问题。有几种方法可以确定哈勃参数,但最主要的三种是:遥远超新星、宇宙微波背景以及一种被称为重子声学振荡的星系聚集模式。超新星观测给出的膨胀速率约为H0 = 71–75 (公里/秒)/百万秒差距,而宇宙微波背景起伏的尺度给出的值是H0 = 67–68 (公里/秒)/百万秒差距。重子声学振荡测量给出的结果是H0 = 66–69 (公里/秒)/百万秒差距。这就是我们所说的哈勃张力。这些结果本应一致,但它们绝对不一致。
现在你可能会认为这意味着超新星测量错了,但情况并非如此简单。所有这三种方法都依赖于关于模型和证据层级的假设。早期,天文学家认为更好的数据会使数值趋于一致,但它们反而变得更糟。即使是使用引力透镜或天体脉泽等其他方法也相互矛盾。这就是为什么这项新研究如此有趣。
这项研究并未全面调查其结果会如何改变各种哈勃测量值,但它确实考察了最主要的三种方法。当考虑到宿主星系的年龄时,超新星测量值向其他两种方法的结果大幅靠拢。
该团队甚至用年龄大致相同(无论其红移如何)的宿主星系对他们的结果进行了初步测试,结果略好一些。在超新星数据中考虑星系年龄,似乎解决了哈勃张力的大部分问题。
作者指出,他们的结果仍然有些初步。目前只有大约300个遥远星系同时拥有观测到的超新星和可以确定宿主星系年龄的光谱。这是一个小样本量,所以尽管结果引人注目,但并非决定性。
好消息是,当鲁宾天文台在今年晚些时候投入运行后,我们将能够确定数千个遥远星系的年龄。几年之内,我们就会知道这个新模型是否成立。如果成立,那么我们将不得不放弃宇宙学常数作为暗能量唯一来源的观点。



