宇宙学的标准模型被称为LCDM模型。这里,CDM代表冷暗物质,它构成了宇宙中的大部分物质,L代表Lambda,它是广义相对论中用来表示暗能量或宇宙膨胀的符号。虽然我们的观测证据在很大程度上支持LCDM模型,但也存在一些问题。其中最令人烦恼的是宇宙张力。

它的中心是我们对哈勃常数的测量,它告诉我们宇宙随时间膨胀的速率。有很多方法可以测量哈勃常数,从遥远的超新星的亮度,到星系团,到宇宙背景的波动,再到微波激光。所有这些方法都有优点和缺点,但如果我们的宇宙学模型是正确的,它们都应该在不确定性的范围内达成一致。

哈勃测量值不一致。信贷:温迪·弗里德曼

问题是,他们不同意。早在宇宙学的早期,我们测量的不确定度是如此之大,以至于所有这些结果都是重叠的,但是随着我们的测量变得更好,很明显不同的方法给出的哈勃常数值略有不同。在礼貌的陪伴下,天文学家说这些价值观之间存在着紧张关系。

这种紧张意味着要么我们的测量有点偏差,要么我们的模型有问题。这使得一些天文学家提出了我们模型中一些缺失的方面,比如中微子的质量如何重新调整我们的哈勃数值。但是,随着哈勃常数的新测量不断出现,紧张局势似乎越来越严重。现在温迪·弗里德曼的一篇新论文认为,张力问题并没有那么严重,而且随着下一代望远镜给我们提供更好的数据,张力很可能会减弱。

从目前的情况来看,哈勃值中的主要张力来自于依赖于宇宙距离阶梯的方法,比如超新星观测,以及不依赖于宇宙微波背景(CMB)的方法。

在CMB涨落中,你基本上测量了温度微小变化最普遍的尺度,并将其与我们今天看到的星系团进行比较。这给了你一个衡量宇宙膨胀的尺度。这种方法的缺点是CMB光是我们能观察到的最远的光。它的大部分已经通过气体和尘埃到达我们这里,因此很难区分波动是宇宙背景固有的,还是由于尘埃阻挡了一些光线。

对于超新星,你将观察到的Ia型超新星的亮度与其实际亮度进行比较。由于较远的物体比较近的物体显得更暗,你可以用这个比较来测量遥远的星系距离。不幸的是,要知道超新星的实际亮度,只有知道距离才能知道。因此天文学家利用造父变星等其他方法来测量到附近星系的距离,利用对这些星系中超新星的观测来确定它们的亮度,然后利用这些来测量更遥远的星系。这样就形成了距离观察的阶梯。

红巨星可能会解决宇宙的紧张局势。学分:ESO/M。科恩迈瑟

在这篇新的论文中,弗里德曼指出造父变数并不是我们认为的标准。相比之下,红巨星可以用来测量距离,因为它们在褪色前有一个一致的最大亮度。当使用宇宙距离阶梯中的红巨星时,超新星方法给出的哈勃值与CMB方法更为一致。在弗里德曼看来,随着新的望远镜给我们提供了对造父变星和红巨星更精确的观测,差距将进一步缩小。

宇宙学中的张力问题并没有得到解决。但也许最终这并不是什么问题。不管怎样,弗里德曼绝对正确,更多的观察和更好的数据是解决方案。