加州大学伯克利分校 NGC 1453是一个巨大的椭圆星系，位于利达诺斯星座，是用来计算当地宇宙膨胀速度的63个星系之一
去年，大质量调查小组确定该星系距离地球1.66亿光年，在其中心有一个质量接近太阳30亿倍的黑洞
学分:卡内基-欧文星系调查 确定宇宙膨胀的速度是理解我们宇宙命运的关键，但是随着更精确的数据出现了一个难题:基于我们本地宇宙内部测量的估计与大爆炸13后不久时代的推断不一致
80亿年前
对局部膨胀率的一个新的估计——哈勃常数，或H0(零)——加强了这种差异
天文学家使用一种相对较新且可能更精确的测量宇宙距离的技术，将巨型椭圆星系中的平均恒星亮度作为距离阶梯的一级，计算出一个比率——73
每秒3公里/百万秒，2
5千米/秒/Mpc——位于其他三个良好估计值的中间，包括Ia型超新星的黄金标准估计值
这意味着每三百万欧元
距离地球300万光年，或30亿万亿公里，宇宙正在额外膨胀73
3 2
每秒5公里
其他三种技术的平均值是73
5 1
4公里/秒/Mpc
令人困惑的是，基于宇宙微波背景测量波动和早期宇宙中正常物质密度波动(重子声振荡)的局部膨胀率估计给出了一个非常不同的答案:67
4 0
5公里/秒/Mpc
天文学家对这种不匹配感到担忧是可以理解的，因为膨胀率是理解宇宙物理和演化的关键参数，也是理解暗能量的关键——暗能量加速了宇宙的膨胀率，从而导致哈勃常数随着与地球距离的增加而比预期变化得更快
暗能量约占宇宙质量和能量的三分之二，但仍然是个谜
对于新的估计，天文学家测量了63个巨大椭圆星系表面亮度的波动，以确定距离，并绘制了每个星系的距离与速度的关系，以获得H0
表面亮度波动(SBF)技术是独立于其他技术的，并且有潜力提供比其他方法更精确的距离估计，距离地球大约100英里/秒，或3.3亿光年
样本中的63个星系的距离从15到99 Mpc不等，回溯到宇宙年龄的一小部分
加州大学伯克利分校的物理科学朱迪·钱德勒·韦伯教授、天文学和物理学教授、宇宙学家马宗培说:“对于测量到1亿天文单位以外的星系的距离来说，这是一个了不起的方法。”
“这是第一篇汇集了63个星系的大量同质数据集的论文，目的是用SBF方法研究H-0
" 马领导了对当地星系的大规模调查，为43个星系提供了数据，占新分析中使用的星系的三分之二
这63个星系的数据是由约翰·布莱克斯利收集和分析的，他是美国国家科学基金会NOIRLab的天文学家
他是《天体物理学杂志》上发表的一篇论文的第一作者，这篇论文是他和同事、奥勒姆犹他谷大学的约瑟夫·詹森合著的
布莱克斯利领导着支持国家科学基金会光学和红外观测站的科研人员，他是利用SBF测量星系距离的先驱，詹森是第一个在红外波长应用这种方法的人
两人在分析上与马密切合作
“从某种意义上说，天文学的整个故事就是努力理解宇宙的绝对尺度，然后告诉我们物理学，”布莱克斯利说，他回忆起詹姆斯·库克1769年去塔希提岛测量金星凌日的航行，这样科学家就可以计算出太阳系的真实大小
“SBF方法更广泛地适用于本地宇宙中进化星系的总体，当然，如果我们用詹姆斯·韦伯太空望远镜获得足够多的星系，这种方法有可能给出哈勃常数的最佳本地测量值
" 詹姆斯·韦伯太空望远镜比哈勃太空望远镜强大100倍，计划于10月发射
巨型椭圆星系 几十年来，哈勃常数一直是争论的焦点，因为埃德温·哈勃第一次测量了当地的膨胀率，并得出了一个大七倍的答案，这意味着宇宙实际上比它最古老的恒星更年轻
当时和现在的问题在于确定空间物体的位置，这些物体很少给出它们有多远的线索
多年来，天文学家们一直在向更远的距离攀升，从计算到足够近的物体的距离开始，由于视差，当地球围绕太阳运行时，这些物体似乎会轻微移动
被称为造父变星的变星让你走得更远，因为它们的亮度与它们的变化周期有关，而1A型超新星让你走得更远，因为它们是极其强大的爆炸，在它们的顶峰时，像整个星系一样明亮
对于造父变星和Ia型超新星，可以从它们随时间变化的方式来计算绝对亮度，然后从它们从地球上看到的表观亮度来计算距离
目前对H0的最佳估计来自于由遥远星系中的1A型超新星爆发所确定的距离，尽管更新的方法——由遥远类星体的引力透镜效应和环绕黑洞的水激射器的亮度所引起的时间延迟——给出的数字都差不多
使用表面亮度波动的技术是最新的技术之一，它依赖于这样一个事实，即巨型椭圆星系是古老的，并且有一个由古老恒星(主要是红巨星)组成的稳定种群，可以对这些恒星进行建模，以给出它们表面的平均红外亮度
研究人员通过哈勃太空望远镜上的宽视场相机3获得了每个星系的高分辨率红外图像，并确定了图像中的每个像素与“平均值”的差异——一旦对明亮的恒星形成区域等瑕疵进行校正，整个图像上的波动越平滑，星系就越远，作者们将这些瑕疵排除在分析之外
布拉克斯利和马都没有对膨胀率接近于其他当地测量值感到惊讶
但他们同样被与早期宇宙估计的明显冲突所困惑——许多天文学家认为这种冲突意味着我们当前的宇宙学理论是错误的，或者至少是不完整的
早期宇宙的推断是基于最简单的宇宙学理论——称为λ冷暗物质，或λCDM——它只使用几个参数来描述宇宙的演化
新的评估是否将CDM推向了核心？ “我认为这将把股份推得更高一点，”布莱克斯利说
“但它(CDM)还活着
有些人认为，关于所有这些局部测量，(观察者)是错误的
但要做出这样的断言越来越难了——它要求几种不同的方法在同一个方向上存在系统误差:超新星、SBF、引力透镜、水脉泽
因此，随着我们获得更多的独立测量，这个赌注会更深一点
" 马想知道天文学家归因于他们的测量结果的不确定性是否过于乐观，这种不确定性既反映了系统误差，也反映了统计误差，也许这两个估计范围仍然可以调和
“陪审团已经出来了，”她说
“我认为它真的在误差线中
但假设每个人的误差线都没有被低估，紧张的气氛就会变得不舒服
" 事实上，该领域的巨人之一，天文学家温迪·弗里德曼最近发表了一项研究，将哈勃常数定为69
8 1
9公里/秒/Mpc，使海水更加翻滚
因发现暗能量而获得2011年诺贝尔物理学奖的天文学家亚当·里斯的最新结果报道了73
2 1
3公里/秒/Mpc
里斯进行这项研究时是加州大学伯克利分校的米勒博士后研究员，他与加州大学伯克利分校和伯克利实验室的物理学家索尔·珀尔马特分享了这个奖
大质量星系 新的值是对附近星系进行的另外两项调查的副产品，特别是马的大质量调查，该调查使用空间和地面望远镜对距离地球约100英里的100个最大质量的星系进行了详尽的研究
一个主要目标是在每个黑洞的中心称量超大质量黑洞的重量
她说，要做到这一点，需要精确的距离，SBF方法是迄今为止最好的方法
去年，大规模调查小组使用这种方法确定了一个巨大的椭圆星系NGC 1453的距离，该星系位于南方的天空星座——土卫八
将1.66亿光年的距离与双子座和麦克唐纳望远镜获得的大量光谱数据结合起来，马的研究生克里斯·列波尔和马修·奎尼维尔利用这些数据测量了银河系中心附近恒星的速度，他们得出结论认为1453有一个质量接近太阳30亿倍的中心黑洞
为了确定H0，布莱克斯利在大规模调查中计算了SBF到43个星系的距离，基于每个星系45到90分钟的高速摄影观测时间
另外20个来自另一项利用高速摄影对大型星系成像的调查，特别是那些已经探测到1A型超新星的星系
63个星系中的大多数年龄在80亿到120亿岁之间，这意味着它们包含了大量的老红星，这是SBF方法的关键，也可以用来提高距离计算的精度
在这篇论文中，布莱克斯利使用了造父变星和一种技术，这种技术使用星系中最亮的红巨星——被称为红巨星分支的尖端，或TRGB技术——来远距离爬升到星系
他们产生了一致的结果
TRGB技术考虑到了星系中最亮的红巨星具有大致相同的绝对亮度这一事实
他说:“我们的目标是，通过使用詹姆斯·韦伯太空望远镜对合成基函数进行红巨星分支校准，使SBF方法完全独立于造父变星校准的Ia型超新星方法。”
“詹姆斯·韦伯望远镜有潜力真正降低SBF的误差线，”马补充说
但是现在，哈勃常数的两个不一致的测量值必须学会彼此共存
“我不是要测量H0；这是我们调查的伟大成果，”她说
“但我是一名宇宙学家，我非常感兴趣地看着这一切
"
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