臺北市立天文科學教育館

建造哈伯太空望遠鏡的科學理由之一，是為了利用其當時最強大的觀測能力提供宇宙膨脹速率的精確數值。在哈伯於1990年發射之前，地面望遠鏡的觀測結果存在著巨大的不確定性。根據不同的膨脹速率，宇宙的年齡可能介於100億至200億年之間。在過去的34年中，哈伯通過測量變星，將宇宙膨脹速率的數值推進到百分之一的準確度。然而，這些結果也讓天文學家困惑了十年：哈伯的最佳測量結果顯示，宇宙的膨脹速度比天文學家根據宇宙的初始條件和我們對宇宙演化及現有理解所預期的要快。因此所謂的「哈伯張力」（Hubble Tension）即表示現在宇宙和早期宇宙的膨脹之間的差異。哈伯張力一直是宇宙學裡的一個謎團。天文學家也曾經質疑，也許哈伯的觀察結果是錯誤的，因為其儀器存在不準確性。直到最近，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡核查哈伯的結果，發現與哈伯的數據一致。韋伯證實了哈伯望遠鏡一直是正確的，也證明了哈伯張力確實存在，即使謎團仍然存在。

哈伯已經測量了宇宙膨脹的當前速率30年了。而另一方面，歐洲太空總署（ESA）的普朗克衛星也對宇宙微波背景輻射進行測量，來推算宇宙膨脹的速率。哈伯太空望遠鏡是觀測變星，觀測到的是我們鄰近的宇宙，而普朗克衛星對宇宙微波背景輻射進行的測量，是在觀察大霹靂不久後早期的宇宙。觀測結果顯示，哈伯觀測到的宇宙現在的膨脹速率比普朗克衛星對的測量所推估早期宇宙膨脹速率還要快。解決這種差異是否需要新的物理學？還是由於用於兩個不同儀器的測量誤差所導致的？天文學家為了消除關於觀測準確性的任何疑慮，最近使用韋伯太空望遠鏡和哈伯聯合合作，進行了確定性測量，確定了宇宙膨脹速率的不同與儀器測量誤差無關。這項結果發表在《天文物理期刊通訊》上（Riess et al. 2024）。

當測量誤差被排除後，剩下的就是我們對宇宙的誤解。這項研究的領導者，約翰霍普金斯大學（The Johns Hopkins University）的物理學家亞當·里斯（Adam Guy Riess）正是2011年諾貝爾物理學獎得主之一。理由為表彰他發現宇宙的膨脹正在加速，且認為這是由「暗能量」所引起的。目前，哈伯及韋伯的變星觀測為鄰近宇宙的膨脹速率設立了一個錨點；普朗克衛星則從宇宙大霹靂餘輝的觀測，設立了另一個宇宙早期膨脹速率的錨點。在這兩個端點之間的數十億年裡，宇宙膨脹的變化我們尚未直接觀察到。天文學家想要找出我們是否錯過了如何連接宇宙開始和現在的一些東西。美國國家航空暨太空總署（NASA）即將推出的羅曼太空望遠鏡將進行廣泛的觀測，研究暗能量對宇宙膨脹的影響。歐洲太空總署的歐幾里得望遠鏡，也正在追求類似的任務。（編譯／段皓元）

資料來源：WEBB news

圖說：這張NGC 5468星系的圖像是結合了哈伯太空望遠鏡和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的數據。NGC 5468是一個距離地球約1.3億光年的星系。這是哈伯能夠觀測到變星最遙遠的地方。是變星用於測量宇宙膨脹速率重要的里程碑標誌。Credits： NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI)