最新研究：宇宙膨胀速度终于确定了！？（文字版）

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宇宙在膨胀想必大家都知道，但它膨胀得究竟有多快，这个事就不好说了。

为了搞清楚这个问题，科学家用了两种方法。一种是先借助造父变星、超新星这些“标准烛光”把天体的距离（d）给测出来，然后再结合光谱红移计算出天体远离我们的速度，也就是退行速度（v），完了用这两者就能够算出宇宙的膨胀速率（H₀= v/d）。这个速率在科学上被称为“哈勃常数（Hubble constant）”，这种方法测出来的值是73 km/s/Mpc，意思就是天体每远离我们一百万秒差距（大约326万光年）时，它的退行速度就会增加73 km/s。也就是说，离我们越远的天体，它远离我们的速度就会越快，这被称为“哈勃定律（Hubble's law）”。

由于导致天体远离的是凭空产生的空间，而非天体自己的真实运动，所以天体的退行速度不受相对论制约，理论上只要离得足够远，退行速度完全是可以超过光速的。比如以465亿光年的可观测宇宙半径来算，当哈勃常数取73时，宇宙边缘远离我们的速度大约是光速的3.5倍。大家平时听到的“宇宙在超光速膨胀”说的就是这个意思。

除了基于标准烛光，另一个计算宇宙膨胀的方法是基于宇宙微波背景（CMB）。简单说就是通过重子声学振荡（BAO）来分析宇宙早期的物质分布和宇宙晚期的星系分布情况，从这里面的关系推算出空间的膨胀速度。值得注意的是，这个方法对宇宙学模型的依赖性很强，它建立在当前的宇宙学模型是正确的基础上。

虽然两种方法原理不同，但是理论上来说它们最终的结果应该是一样的。但让科学家没想到的是，这两个方法得到的哈勃常数竟然不一致，基于背景辐射算出来的结果是67 km/s/Mpc。这个值看起来好像和73也没差多少，也就差了6 km/s/Mpc，但是你要注意，这可是“每秒”、“每百万秒差距（326万光年）”就差这么多，以宇宙的时间和空间尺度，这个误差积累下来绝对不可忽视。

“为什么会出现误差？”这个问题至今一直困扰着天文学家，它被称为“哈勃常数危机（Hubble tension）”或“哈勃冲突”，有时候也翻译成“哈勃张力”。截至目前，试图解决该问题的论文少说也有上千篇。包括最近刚刚讲过的“5000亿年一圈”的旋转宇宙模型，以及说暗能量不存在的时间景观模型，此外还有认为宇宙早期可能存在额外的暗能量、暗物质可能具有特殊性质、引力理论可能需要修改……等等等等各种解释。总之，这些理论都在从不同角度出发，试图解答哈勃常数的问题。

然而通过背景辐射的方式毕竟更偏全局视角，按理来说可能会更靠谱一点（除非宇宙学模型本身出了问题），而标准烛光的方式受限于设备和观测条件，所以相比之下更容易让人产生怀疑。

早先，人们先是借助哈勃望远镜进行的观测。但是哈勃主要工作在可见光波段附近，它对于距离遥远的天体并不敏感，所以当时不少人怀疑“哈勃冲突”可能是哈勃的观测结果不够准确的原因。于是呢，人们将希望寄托于专攻红外波段的JWST，希望它能对哈勃的观测结果做出裁决。2024年2月，基于JWST的高清红外数据，科学家终于等来了一个“失望”的结果——哈勃的观测数据没有问题！

那难不成真的是宇宙学模型出了问题？

2025年5月，一篇发表于《天体物理学杂志》的文章中，一个专门研究哈勃冲突问题的团队（CCHP），他们基于JWST的观测数据，使用三种独立方法对超新星亮度进行校准并重新计算了天体的距离和宇宙膨胀速率。这次他们惊讶地发现，他们的结果和背景辐射的结果竟然“意外”地对上了！

具体来说，由于传统通过造父变星的方式测距存在金属丰度修正等问题，于是研究团队这次在造父变星之外特地选了两种特殊的目标天体，一个属于红巨星分支（RGB），一个属于渐近巨星分支（AGB）。

看分类就知道这俩都是恒星里“土埋眉毛”的老家伙了，但是老归老，它们用来测距还是不错的。比如红巨星在核心氦闪时会在特定波长上达到亮度峰值，此时的亮度就相当于一种标准烛光。而且红巨星的氦闪过程几乎不会受到金属丰度影响，所以可以免去金属丰度修正问题。另外，对于渐近巨星来说，它里面有一类恒星被称为“碳星（JAGB）”，它们在特定波长上的亮度非常集中，因此也可以用来作为标准烛光。

之后研究团队用这两类新天体重新校准了超新星，经过计算他们发现，红巨星方式（TRGB）测得的哈勃常数大约是70.4 km/s/Mpc，渐近巨星方式（JAGB）测得的哈勃常数大约是67.8 km/s/Mpc。

TRGB方式：70.39 ± 1.22（统计误差）± 1.33（系统误差）km/s/Mpc

JAGB方式：67.80 ± 2.17（统计误差）± 1.64（系统误差）km/s/Mpc

可以看到，加上统计误差和系统误差后，这两种方式得到的哈勃常数都覆盖了基于背景辐射的结果（67 km/s/Mpc）。多年来，两种截然不同的方法首次在各自的误差范围内给出了一致的答案！哈勃冲突解决了？！

当然，现在说解决还为之尚早。首先，这次基于造父变星的数据仍然在分析中没有出来，等它出来后应该还会对结果进行进一步修正。其次，该研究选取的样本太小，这次校准的超新星一共也就24颗，统计误差仍然很大，甚至可以说正因为它的误差太大，所以它的容错率被提高了。

目前研究团队正在申请更多的JWST观测时间，计划对后发座星系团进行观测，将样本扩大到100个星系。

另外，天文测距本身系统误差就很大。因为大尺度的测距往往无法通过单一方式完成，它需要一系列的校准工作，比如先通过造父变星校准超新星，再通过超新星校准遥远星系，这中间每一步都会积累一定误差，链条越长误差越大。因此，如果能把校准链条尽量缩短，那将会对提高精度大有帮助。所以在未来的观测计划中，研究团队打算跳过校准超新星这个步骤，直接利用红巨星、渐近巨星+红移的方式，一步到位，减少系统误差。他们希望用这种更“纯粹”的方式来精确测量哈勃常数，从而彻底解决哈勃冲突。

其实哈勃冲突的解决并非只是让我们对宇宙膨胀速度了解得更精确，它更关系到我们对宇宙基本性质的理解。和其他天文研究一样，针对哈勃冲突的研究不仅能推动理论的发展，同时它也会促进相关技术的进步。无论最终结果如何，对人类科学发展而言，天文探索的这个过程本身才是最宝贵的财富。