十一个宇宙幻象为哈勃张力称重
哈勃常数H0描述的是宇宙今天膨胀得有多快。来自近邻星系的最新测量值为每兆秒差距每秒73.5公里。而根据宇宙微波背景——年轻宇宙的余晖——得出的预测值为67.4。两者相差8%到9%。如果这一哈勃张力是真实的,那么宇宙学标准模型就是不完整的。
出路是找到第三种独立的测量方法,而且精度要高到足以判定谁对谁错。
由光构成的时钟
当一个大质量星系位于一个遥远的类星体——一个遥远星系明亮的核心——前方时,它的引力会把类星体的光弯折成两个或四个像。这些光线沿着长度不同的路径传播,因此到达我们的时间也不同。类星体会闪烁;同一次闪烁会在一段时间延迟之后出现在每个像中。
这些延迟,再加上透镜星系的质量模型,就能给出一个绝对距离,进而得到H0。这种方法不需要一级级的中间距离阶梯,而且几乎不受尘埃影响。
隐藏在质量中的简并
问题在于:许多不同的质量分布可以产生完全相同的像,却会改变时间延迟——从而改变H0。天文学家称之为质量片简并(mass-sheet degeneracy)。早期的测量通过假设一个简单的质量分布达到了2%的精度。2020年放弃这一假设后,不确定度跃升到了8%。
要在不假设其形状的情况下锁定质量,唯一的办法是测量透镜星系内部恒星的运动速度。这正是TDCOSMO合作组——来自十个国家的28名研究人员——一直在做的事。
一年来的变化
与2025年的结果相比,他们有了:
- 11个透镜类星体,而不是8个(其中9个有四个像,2个有两个像);
- 其中9个拥有在整个星系范围内分辨开的恒星运动图,6个是用詹姆斯·韦布空间望远镜的NIRSpec光谱仪绘制的;
- 3个透镜有了更清晰的韦布图像;
- 星系恒星运动的完整二维模型,取代了球对称近似;
- 基于为欧几里得(Euclid)任务准备的模拟,对每条视线上物质的新估计。
分析是盲法进行的:宇宙学数值一直被遮蔽,直到内部审查完成。结果于2026年9月23日揭晓,并原样发表,未作任何修改。
71.1,精度3.3%
结合一个能确定宇宙中物质总量的超新星样本,这十一个透镜给出:
- H0 = 71.1 km/s/Mpc,不确定度3.3%——比2025年收紧了35%;
- 加入另外23个没有时间延迟的透镜星系后,为71.3,精度3.0%;
- 用DESI星系巡天的距离测量替代超新星后,为72.2,精度3.0%。
仅用透镜、不用任何外部数据时,数值为70.6,精度4.9%。逐一改变分析选择,H0的变化都小于一个标准差。作者表示,在晚期宇宙探针中,只有本地距离阶梯比它更精确。
站在哪一边?
这一结果与近邻星系的测量值相差不到一个标准差,比早期宇宙的预测高1.6个西格玛——在最精确的组合中为2.2个西格玛。一篇配套论文(本文未涉及)把它与其他晚期宇宙探针结合,报告了与微波背景之间约2.7个西格玛或更高的张力。
这些透镜甚至可以在不依赖微波背景的情况下校准DESI巡天的宇宙标尺。它们给出的声学视界为140.7 ± 4.3兆秒差距,比根据普朗克卫星推断出的数值低约1.5个西格玛。
对暗能量的轻轻一推
在允许暗能量变化的情况下重复分析,H0几乎不变。结合DESI和超新星数据后,这些数据以2.3到2.5个西格玛的显著性略微不支持一种始终完全恒定的暗能量——这具有提示意义,但远未达到一项发现的程度。要用这种方法准确测量暗能量,需要多得多的透镜,有望由欧几里得任务、鲁宾天文台和罗曼望远镜提供。
作者指出,尽管有了新数据、新方法和新成员,新数值仍与他们之前所有的盲法测量结果一致。论文已投稿至《物理评论D》(Physical Review D);数据将在论文被接收后公开。
