宇宙膨脹速度究竟有多快？哈伯常數新測量方法：時間延遲宇宙學

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宇宙正在膨脹，但膨脹速度究竟多少是現代宇宙學最棘手的爭議之一。不同觀測方法所得的宇宙膨脹率（哈伯常數 H₀）不一致，用宇宙距離尺度（超新星、造父變星）獲得的哈伯常數約 73km/s/Mpc，以宇宙微波背景輻射與早期宇宙模型推算得到的哈伯常數約 67km/s/Mpc，哈伯張力（Hubble tension）代表我們可能忽略某些重要的宇宙物理。

若兩者皆正確，代表宇宙不同時期的膨脹歷史與目前模型不符，暗示暗能量可能跟著時間改變，或重力定律不同宇宙尺度不同，甚至早期宇宙有未知的物理現象。為了驗證這些問題，獨立於既有方法以外的新測量方式是解決問題的關鍵。

為了解決這場宇宙學危機，東京大學與多國團隊近日使用「時間延遲宇宙學」（time-delay cosmography），結合最新太空與地面望遠鏡資料，光線繞行大質量星系時產生的多重路徑，量測宇宙膨脹速度。當一個極其遙遠的天體位於質量巨大的前景星系後方時，光線會被重力彎曲放大，形成多張影像、不同光路徑與不同的抵達時間。如果後方類星體亮度隨時間變動，每張影像會出現相同但時間錯開的亮度變化，這個時間差便能量測宇宙的膨脹速度。




▲ TDCOSMO-2025分析使用的八個多重影像類星體系統。
每格影像右下角白色刻度棒代表1角秒（1″），約在月球看一個2公尺高的人。
影像由哈伯太空望遠鏡（HST）、Keck望遠鏡NIRCAM、錢卓拉X射線天文台拍攝，可用波段不同，故以假色合成呈現細節。
八個系統分別為：DES J0408-5354──Shajib et al. (2020)；HE 0435-1223、B1608+656、WFI 2033-4723 — Suyu et al. (2017)；PG 1115+080、SDSS J1206+4332──Wong et al. (2020)；RX J1131-1231──Shajib et al. (2024)。
（Source：NASA / ESA / Chandra；WGD 2038-4008──Shajib et al. (2022)）


團隊採用八個時間延遲類星體透鏡系統，資料來自哈伯太空望遠鏡（HST）、詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）、多座大型地面望遠鏡（Keck、VLT等）與類星體長期光變監測計畫。最終得到精確度約4.5%哈伯常數，並與宇宙階梯尺度取得的哈伯常數73km/s/Mpc較一致，與現今宇宙的觀測結果更吻合，與早期宇宙結果不符。這個結果顯示哈伯張力可能源自於真實的物理規律，而不只是各種不同測量方法的未知誤差。

研究仍有需突破的挑戰，最大不確定性為透鏡星系的質量分布模型，若模型不夠準確會造成哈伯常數出現偏差，團隊正引入韋伯望遠鏡的高解析度影像降低誤差。未來會大幅度擴充觀測樣本，如加入魯賓天文台（Vera C. Rubin Observatory）、歐幾里得太空望遠鏡（Euclid）與羅曼太空望遠鏡（RST），使精確度提升至1%~2%。

★ Time-delay cosmography may enable a speed camera for the universe
★ TDCOSMO 2025: Cosmological constraints from strong lensing time delays

（本文由 台北天文館 授權轉載；首圖來源：Pixabay）



資料來源 : technews
https://technews.tw/2025/12/11/time-delay-cosmography-may-enable-a-speed-camera-for-the-universe/

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看來大家都在發揮想像力, 透過各種設想期待解開真正謎團.