宇宙學家正在努力解決一個尚未解決的重大謎團。他們對於宇宙膨脹的速度存在分歧。解決這個謎團可能會指向新的物理學。為了檢測依賴超新星等標記的傳統測量中隱藏的錯誤，天文學家一直在尋找新的方法。為了繼續追踪宇宙的膨脹，在最近的工作中，包括東京大學科學家在內的研究人員利用現有最先進望遠鏡的技術和數據測量了宇宙的膨脹。他們的方法利用了這樣一個事實：來自很遠物體的光可以沿著許多不同的路徑傳播到我們身上。不同路線的比較這有助於完善宇宙最大尺度上正在發生的事情的模型。包括空間的擴展。
宇宙膨脹的速度有多快？
我們知道宇宙是巨大的。而且它還在不斷變大。確切的尺寸尚不清楚。但擴張速度是可以測量的。這看起來比看起來更複雜。這是因為當我們觀察太空中的遙遠區域時，膨脹顯得更快。距離地球每 330 萬光年（或 1 兆秒差距），遠處的物體似乎以每秒約 73 公里的速度遠離我們。換句話說，宇宙以每秒每百萬秒差距 (km/s/Mpc) 73 公里的速度膨脹，該值稱為哈勃常數。
距離階梯和測量哈勃常數的新方法
科學家們已經開發出多種方法。大量近似哈勃常數。但到目前為止，這些方法都依賴於一種稱為距離階梯的東西。這些階梯是由超新星和稱為造父變星的特殊恆星等物體創建的。因為這些對像被認為是很好理解的。因此，天文學家假設即使它們被觀測到，它們也位於其他星系中。它可以用來高精度地估計距離。經過數十年的觀測，哈勃常數允許的範圍已經縮小，然而，這種方法的可靠性仍然存在一些不確定性。因此宇宙學家渴望測試替代方案。
在最近的一項研究中，包括來自東京大學早期宇宙研究中心的助理教授 Kenneth Wong 和博士後研究員 Eric Paic 在內的天文學家團隊進行了研究。已成功演示了一種稱為時滯宇宙學的技術。他們認為這種方法可以減少該領域對距離階梯的依賴。並且在宇宙學的其他領域也可能有用
使用引力透鏡作為測量宇宙的工具
“要使用時滯宇宙學來測量哈勃常數，你需要一個非常大的星係來充當透鏡，”黃說。 “這個‘透鏡’的重力將隱藏在它後面的物體發出的光折射到自身周圍，所以我們看到這些透鏡的扭曲。這被稱為引力透鏡。如果情況正確，我們會看到許多扭曲的圖像。每個圖像在不同的時間採取稍微不同的路徑到達我們。尋找這些圖像中稍微不一致的相同變化。我們可以測量它到達我們所需的時間差異。將此信息與估計相關聯。扭曲透鏡的銀河透鏡可以幫助我們更準確地計算遠處物體的加速度，我們測量的哈勃常數在其他估計支持的範圍內。”
哈勃張力：膨脹宇宙的相互衝突的觀點
令人奇怪的是，研究人員花費如此多的精力來完善已經多次測量的數據。原因是這個值是科學家重建宇宙歷史和演化的核心。而且還存在一個嚴重的差異尚未解決。 73 km/s/Mpc 哈勃常數的值與附近天體的觀測結果一致。然而，還有其他方法可以推斷宇宙的膨脹率，這些方法可以追溯到更早的時間。一種重要的方法使用充滿宇宙的輻射，其歷史可以追溯到大爆炸。也稱為宇宙微波背景輻射 (CMB)，科學家通過分析 CMB 來估計哈勃常數。他們將獲得較低的值 67 km/s/Mpc。
73 km/s/Mpc 和 67 km/s/Mpc 之間的差異被稱為哈勃張力，Wong、Paic 及其同事的工作有助於揭示可能導致這種張力的原因。當時還不清楚這種差異是由於實驗的不確定性還是表明了更深層次的原因。
哈勃張力是否指向新物理學？
“我們對哈勃常數的測量與其他觀測結果一致。目前，與早期對宇宙的測量結果不一致。這證明哈勃張力可能來自真實的物理現象。而且它不僅僅是方法中未知的誤差源，”黃說。 “我們的測量完全獨立於其他方法。因此，無論是早期宇宙還是晚期宇宙，如果這些方法具有系統性的不確定性，我們就不應該受到那些事情的影響。”
“這項工作的主要目標是改進我們的方法。現在我們需要增加樣本量以提高精度並果斷解決哈勃張力，”派伊克說。 “目前，我們的精度約為4.5%，為了將哈勃常數控制在能夠明確確認哈勃張力的水平，我們需要有約1-2%的精度。”
更多的鏡頭、更多的類星體和更高的精度
研究人員樂觀地認為他們能夠達到更高的精度水平。在本研究中，他們分析了八種延時透鏡系統。每個系統都包含一個前景星系，充當透鏡並阻擋遙遠類星體的直接視野。 （超大質量黑洞積聚氣體和塵埃使其發出明亮的光芒）它們還包括新的觀測結果。來自現代太空和地面天文台的觀測，其中包括展望未來的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡。該團隊計劃擴大他們研究的透鏡系統的數量。定制測量並仔細識別或消除剩餘的系統誤差源。
大眾和全球宇宙學工作分佈的不確定性
“最大的不確定性來源之一是我們不確切地知道透鏡星系中的質量是如何分佈的。通常認為質量遵循一些簡單的特徵。這與觀測結果一致，但很難確定。而這種不確定性會直接影響我們的計算值，”Wong說。 “哈勃張力很重要。因為它可能預示著宇宙學的新時代，揭示了新的物理學。我們的項目是幾個獨立天文台和研究人員之間長達數十年合作的結果。它強調了國際科學合作的重要性。”
資助：這項工作得到了 NASA（贈款 80NSSC22K1294 和 HST-AR-16149）、馬克斯·普朗克學會（馬克斯·普朗克獎學金）、Deutsche Forschungsgemeinschaft 的支持。根據德國卓越戰略（EXC-2094, 390783311）、美國國家科學基金會（撥款 NSF-AST-1906976、NSF-AST-1836016、NSF-AST-2407277）、摩爾基金會（撥款 8548）和 JSPS KAKENHI（撥款號 JP20K14511、JP24K07089、 JP24H00221)
