詹姆斯·韦伯验证了埃德温·哈勃对宇宙膨胀的计算结果

通过哈勃太空望远镜和詹姆斯-韦伯太空望远镜的镜头，科学家们正在锁定哈勃常数，这是一个显示宇宙膨胀速度的重要测量值。最近的研究，尤其是涉及 JWST 的研究，提供了更精确的测量结果，这对了解宇宙的广泛特性至关重要。

科学家们正在利用詹姆斯-韦伯太空望远镜等先进望远镜，在测量宇宙膨胀率（即哈勃常数）方面取得重大进展。 图片来源：诺斯罗普-格鲁曼公司

近年来，由于哈勃太空望远镜（HST）及其继任者詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST），我们对宇宙的认识取得了令人难以置信的进步。 这两台望远镜给天文学带来了革命性的变化，揭示了惊人的发现。 它们的共同关注点之一是完善哈勃常数，这是一项关键的测量，将遥远星系的移动速度与它们的距离联系在一起。 最近的一项研究证实，JWST 验证了 HST 早期的研究结果，为这一关键测量提供了更高的精度。

哈勃常数（H0）是宇宙学的基石，描述了宇宙膨胀的速度。 它根据地球和遥远星系的衰退速度来确定它们之间的关系。 这个常数由埃德温·哈勃于 1929 年首次提出，单位是每兆帕秒（km/s/Mpc）每秒千米，表示星系每移动一兆帕距离的速度。 几十年来，如何确定其精确值引发了激烈的科学争论。 HST 和 JWST 在完善 H0 的过程中发挥了重要作用，因为精确测量 H0 对了解宇宙的年龄、大小和最终命运至关重要。

埃德温-鲍威尔-哈勃 1931 年的工作室肖像。 图片来源：Johan Hagemeyer， Camera Portraits Carmel

由约翰-霍普金斯大学的亚当-G.-里斯（Adam G. Riess）领导的研究小组最近发表的一篇论文验证了此前HST研究的结果。 他们利用 JWST 对其早先的仙王座/超新星距离阶梯结果进行了探索。 它被用来利用造父变星和1a型超新星确定整个宇宙的距离。 这两种天体都可以比作"标准蜡烛"，它们的实际亮度非常清楚。 通过测量它们在地球上的视亮度，将其与实际亮度（即内在光度）进行比较，就可以计算出它们的距离。

美国国家航空航天局的詹姆斯-韦伯太空望远镜在一个名为MRG-M0138的遥远星系中发现了一颗多重成像超新星。 图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI、Justin Pierel（STScI）和 Andrew Newman（卡内基科学研究所）

近几十年来，为了准确测定 H0 ，人们使用了大量不同的仪器和观测手段。 宇宙微波背景与上述利用造父变星和超新星事件进行的研究一起被使用。 研究结果提供了一系列被称为"哈勃张力"的结果。 最近利用 JWST 进行的研究希望能够对以前的工作进行微调和验证。

要想利用仙王座/超新星阶梯以精确度的水平测定H0，就必须观测到足够多的仙王座和超新星样本。 这一直是个挑战，特别是在造父变星范围内的超新星样本量。 研究小组还探索了确定 H0 的其他技术，例如研究来自HST的数据，研究星系中最亮的红巨星分支恒星的光度--这也可以作为标准烛光。 或者某些富碳恒星的光度，这也是另一种技术。

这幅插图展示了天文学家测量宇宙膨胀率（哈勃常数）的三个步骤，测量结果达到了前所未有的精确度，将总的不确定性降低到了 2.3%。 测量结果简化并加强了宇宙距离阶梯的构建，该阶梯用于测量离地球近和远的星系的精确距离。 最新的哈勃研究将所分析的造父变星的数量扩大到了银河系中比以前的哈勃研究结果远10倍的距离。 资料来源：NASA、ESA、A. Feild（STScI）和 A. Riess（STScI/JHU）

研究小组得出的结论是，当把所有JWST的测量数据（包括对超新星数据样本较少的修正）合并在一起时，H0 的值为72.6 ± 2.0 km/s/Mpc，而HST的合并数据确定H0 为72.6 ± 2.0 km/s/Mpc。要想使 JWST 的超新星样本量与 HST 的样本量相等，还需要更多的时间和研究，但到目前为止，交叉检查已经表明我们终于找到了哈勃常数的精确值。

改编自最初发表在Universe Today上的一篇文章。