NASA的哈勃太空望遠鏡完成了近30年的馬拉松，校準了40多個時空“里程碑”，幫助科學家準確測量宇宙的膨脹速度——這是一項曲折的探索。
這組來自 NASA 哈勃太空望遠鏡的 36 張圖像顯示了這些特征星系，它們是造父變星和超新星的宿主。 這兩種天體現象都是天文學家用來確定天文距離的重要工具，并被用來改進我們對哈勃常數（宇宙膨脹率）的測量。
這張照片中顯示的星系（從頂行、左到底行、右）是：NGC 7541、NGC 3021、NGC 5643、NGC 3254、NGC 3147、NGC 105、NGC 2608、NGC 3583、NGC 3147、Mrk 1337、 NGC 5861, NGC 2525, NGC 1015, UGC 9391, NGC 691, NGC 7678, NGC 2442, NGC 5468, NGC 5917, NGC 4639, NGC 3972, , NGC 5584, M106, NGC 7250, NGC 337 0,NGC C 5728、NGC 4424、NGC 1559、NGC 3982、NGC 1448、NGC 4680、M101、NGC 1365、NGC 7329 和 NGC 3447。
圖片來源：NASA、ESA、Adam G. Riess（STScI、JHU）
天文學家埃德溫·哈勃 (Edwin ) 和喬治·勒馬蒂 ( ) 在 20 年代開始研究宇宙的膨脹率。 1998年，這導致了“暗能量”的發現，這是一種加速宇宙膨脹的神秘排斥力。 近年來，借助哈勃和其他望遠鏡的數據，天文學家發現了另一個轉折點：當地宇宙測量的膨脹率與大爆炸后的獨立觀測之間存在差異，預測了不同的膨脹值。
造成這種差異的原因仍然是個謎。 但哈勃的數據，其中包括各種充當距離標記的宇宙物體，支持了這樣一種觀點，即正在發生一些奇怪的事情，可能涉及全新的物理學。
馬里蘭州巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所和約翰·霍普金斯大學的諾貝爾獎獲得者亞當·里斯說：“通過望遠鏡和宇宙里程標記的黃金標準，可以最準確地測量宇宙的膨脹率。”
Reese 領導了一項研究宇宙膨脹率的科學合作項目，稱為 SH0ES，是超新星、H0、暗能量狀態方程的縮寫。 “這就是哈勃太空望遠鏡所做的事情，使用我們所知道的最好的技術。這可能是哈勃的杰作，因為哈勃還有 30 年的時間才能將樣本量增加一倍。”
里斯團隊的論文將發表在《天體物理學雜志》的特別焦點期刊上，完成了對哈勃常數最大且可能是最后一次的重大更新。 新結果是之前宇宙距離標記樣本的兩倍多。 他的團隊還重新分析了之前的所有數據，整個數據集現在包括 1000 多個哈勃軌道。
20 世紀 70 年代，美國宇航局 (NASA) 構想了大型太空望遠鏡。 花費巨額資金和非凡技術努力的主要原因之一是能夠解析造父變星（）。 也就是說哈勃空間望遠鏡，在我們的銀河系和外星系中觀察到的周期性變亮和變暗的恒星。 自 1912 年天文學家亨麗埃塔·斯旺-萊維特 ( Swann-) 發現造父變星以來，造父變星一直是宇宙英里標記的黃金標準。 為了計算更遠的距離，天文學家使用一種稱為 Ia 型超新星的爆炸恒星。
當 NASA 在 20 世紀 70 年代構想建造一臺大型太空望遠鏡時，其花費和非凡技術努力的主要理由之一是能夠解析造父變星，即天空中周期性變亮和變暗的恒星。 在我們的銀河系和外星系中可見。 自 1912 年天文學家亨麗埃塔·斯旺-萊維特 ( Swann-) 發現造父變星以來，造父變星一直是宇宙英里標記的黃金標準。 為了計算更遠的距離，天文學家使用一種稱為 Ia 型超新星的爆炸恒星。
這些物體結合起來在整個宇宙中形成了一個“宇宙距離階梯”，這對于測量宇宙的膨脹率至關重要，被稱為哈勃常數，以埃德溫·哈勃的名字命名。 這個值對于估計宇宙的年齡至關重要，并為我們對宇宙的理解提供了基本測試。
1990 年哈勃發射后，兩個團隊對造父變星進行了第一組觀測，以完善哈勃常數：溫迪·弗里德曼 (Wendy )、羅伯特·肯尼科特 ( )、杰里米·莫德 ( Maud) 和馬克·阿倫森 () 領導的 HST 關鍵項目，以及艾倫·桑德奇 (Alan ) 和他的合作者，他們使用造父變星作為里程碑標記來改進對附近星系的距離測量。 到本世紀初，研究團隊宣布哈勃常數的精度達到10%哈勃空間望遠鏡，即72±8 km/MPa·s，“任務完成”。
2005年和2009年，哈勃望遠鏡加入了功能強大的新相機，開始了對哈勃望遠鏡的“第二代”持續研究，團隊開始將數值精度提高到1%。 這是由 SH0ES 計劃發起的。 使用哈勃的幾個天文學家小組，包括 SH0ES，已經將哈勃常數收斂到 73±1 km/MPa sec。 雖然使用其他方法來研究哈勃常數問題，但不同的團隊得出了接近相同的值。
SH0ES團隊包括約翰·霍普金斯大學的長期領導者袁文龍博士、德克薩斯農工大學的Lucas 博士、STScI的 博士和杜克大學的Dan Si。 科利尼博士。 該項目旨在通過匹配從宇宙誕生之初遺留下來的宇宙微波背景輻射研究中推斷出的哈勃常數的準確性來支撐宇宙。
ICREA和巴塞羅那大學ICC的宇宙學家Licia Vader博士在談到SH0ES團隊的工作時表示：“哈勃常數是一個非常特殊的數字。它可以用來進行從過去到現在的長期分析。端到端測試，測試我們對宇宙的理解，需要大量細致的工作。”
該團隊使用哈勃望遠鏡測量了 42 個超新星里程碑標記。 哈勃記錄了盡可能多的超新星來測量宇宙的膨脹，因為觀察到它們以每年約 1 倍的速度爆炸。 “我們擁有哈勃在過去 40 年觀測到的所有超新星的完整樣本，”里斯說。 “就像百老匯音樂劇《俄克拉荷馬》中歌曲《堪薩斯城》的歌詞一樣，哈勃“快點！”
奇怪的物理？
預計宇宙的膨脹速度比哈勃實際看到的要慢。 通過將宇宙標準宇宙學模型與歐洲航天局普朗克任務（該任務觀測 138 億年前留下的宇宙微波背景）的測量結果相結合，天文學家預測哈勃常數的較低值：67.5±0.5 km/MPa ·秒，而SH0ES團隊的估計是73公里/兆帕·秒。
里斯表示，鑒于哈勃的樣本量很大，天文學家因彩票運氣不好而出錯的幾率只有百萬分之一，這是物理學中嚴肅對待問題的常見門檻。 這一發現揭開了宇宙動態演化的美麗而清晰的圖景。 天文學家無法解釋本地宇宙的膨脹率與原始宇宙之間的脫節，但答案可能涉及宇宙的其他物理現象。
對于像里斯這樣的宇宙學家來說，這些令人費解的發現更加令人興奮。 三十年前，他們開始測量哈勃常數來衡量宇宙，但現在它變得更加有趣。 里斯補充道：“實際上，我并不關心膨脹是什么，但我喜歡用它來理解宇宙。”
美國宇航局的新型韋伯太空望遠鏡將建立在哈勃望遠鏡的能力之上，并以比哈勃望遠鏡所能看到的更遠的距離或更清晰的分辨率顯示這些宇宙里程碑標記。
哈勃太空望遠鏡是 NASA 和 ESA（歐洲航天局）之間的國際合作項目。 美國宇航局位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心負責管理這架望遠鏡。 位于馬里蘭州巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所（STScI）負責管理哈勃科學業務。 STScI 由位于華盛頓特區的天文學研究大學協會為 NASA 運營。
