两种完全不同的“称量”宇宙的方式产生了不同的结果。如果更精确的测量未能解决这种差异，物理学家可能不得不修改宇宙学的标准模型，即我们对宇宙的最佳描述。
德国波鸿鲁尔大学的天文学家 Hendrik Hildebrandt 说：“如果这真的是标准模型崩溃的先兆，那将是潜在的革命性发现。”
过去几年，对于标准模型的正确性，另外两项独立的哈勃常数（即宇宙今天的膨胀速度）计算也提出了类似的担忧。这两项测量结果也存在分歧，从而产生了所谓的哈勃张力。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。 通过购买订阅，您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和思想的有影响力的故事的未来。
新的差异——称为 sigma-eight 张力——涉及测量宇宙中物质的密度以及物质聚集的程度，而不是均匀分布的程度。结果被概括在一个称为 sigma-eight 的参数中。为了计算 sigma-eight，Hildebrandt 和他的同事们求助于一种称为弱引力透镜效应的现象，在这种效应中，来自遥远星系的光线会因星系与地球之间物质的引力而略微向我们的望远镜弯曲。
由此产生的畸变非常小，几乎不会改变单个星系的形状。但是，如果您取天空一块区域中数万个星系形状的平均值，就会显现出弱透镜效应的信号。假设星系相对于地球应该是随机定向的，那么它们的平均形状应该接近圆形——如果没有弱透镜效应的话。但由于这种效应带来的轻微畸变，平均形状反而偏向椭圆形。
天文学家利用这种信号来估计沿着通往天空大片区域中各个富星系区域的视线方向上，介入物质（包括普通物质和暗物质）的数量和分布。换句话说，他们设法测量了物质的宇宙密度。
但是，要精确地做到这一点，还需要另一条信息：每个被研究星系的距离。通常，天文学家通过找到星系的光谱红移来计算到另一个星系的距离——红移量是指星系的光向光谱红色侧的较长波长移动的程度。红移越大，物体就越远。
然而，在处理数百万个星系时，测量单个光谱红移的效率极低。因此，Hildebrandt 的团队转向了称为光度红移的方法，该方法涉及在不同的波长（跨越可见光和近红外范围）拍摄同一片天空的多个图像。研究人员使用这些图像来估计每个星系的光度红移。“它们不如传统的光谱红移那么好，”Hildebrandt 说。“但就望远镜时间而言，它们的效率要高得多。”
为了进行完整的分析，该团队使用了天空数百平方度的区域（满月大约半度宽）的高分辨率图像，这些图像分布在九个波段——四个可见光波段和五个近红外波段。这些对约 1500 万个星系的观测是由欧洲南方天文台的 千度巡天 (KiDS) 和 VISTA 千度红外星系巡天 (VIKING) 使用 两台小型望远镜 在该组织的智利帕拉纳尔天文台进行的。
VIKING 数据通过提供同一片天空区域在近红外波长下的多次观测，增强了 KiDS 数据集。星系的距离越大，它远离我们的速度就越快。这导致更多星系的光被红移到近红外范围，因此仅依靠可见光观测是不够的。红外测量捕获了来自此类星系的大量光线，从而可以更好地估计它们的光度红移。
为了确保光度红移尽可能准确，这些观测根据使用帕拉纳尔更大型的 8 米甚大望远镜和夏威夷莫纳克亚的 10 米凯克望远镜对少量相同星系进行的光谱红移测量进行了校准。
天体物理学家和诺贝尔奖获得者 约翰·霍普金斯大学的亚当·里斯 赞同 KiDS 研究人员的努力。“他们的最新结果使用了红外数据，这可能更好地追踪了透镜的质量并获得了可靠的光度红移，”他说。
天文学家使用覆盖约 350 平方度天空的组合数据，估计了 sigma-eight。他们发现的值与使用欧洲航天局普朗克卫星对宇宙微波背景 (CMB) 的观测计算出的 sigma-eight 值相冲突——宇宙微波背景是宇宙中最早可观测到的光，大约在大爆炸后 38 万年发射出来。普朗克绘制了 CMB 的温度和偏振从天空中一个点到另一个点的变化图。宇宙学家可以利用该图来计算早期宇宙的 sigma-eight 值。使用宇宙学的标准模型（该模型认为宇宙由约 5% 的普通物质、27% 的暗物质和 68% 的暗能量组成），他们可以推断超过 130 亿年的宇宙演化，从而估计出当今的 sigma-eight 值。
张力由此产生。Hildebrandt 的弱透镜研究估计 sigma-eight 约为 0.74，而普朗克数据提供的值约为 0.81。“这种[张力]是统计波动的可能性大约为 1% 左右，”Hildebrandt 说。统计波动是数据中的随机噪声，可以模仿实际信号，并且可能会随着更多数据的出现而消失。“这并不是什么让人完全失眠的事情。”
至少目前还不是。也有可能在一个或两个团队的计算中潜伏着系统误差。在研究人员确定任何此类错误后，这种差异可能会消失。
或者可能不会消失，哈勃张力的情况就是如此。随着天文测量的精度越来越高，哈勃张力的统计显着性 只增不减，让不少焦虑的理论家夜不能寐。“我们的 sigma-eight 差异可能会发生非常相似的情况，”Hildebrandt 说。“我们不知道。”
里斯是使用附近宇宙中超新星的测量值估计哈勃常数的团队负责人之一，他将 sigma-eight 张力比作“哈勃张力的弟弟或妹妹”。这种差异现在被认为是具有统计学意义的，偶然发生的几率不到 350 万分之一。sigma-eight 张力偶然发生的几率为百分之一，与几年前的哈勃张力所处的水平相当。“因此，[它] 不如哈勃张力那么显着，但值得关注，以便了解是否可能存在某种联系，”里斯说。
如果 sigma-eight 张力上升到与哈勃张力相同的统计相关性水平，那么重新评估宇宙学标准模型的压力可能会变得巨大到无法忽视。届时，宇宙学家可能不得不求助于新的物理学来使普朗克估计值与当今宇宙参数的直接测量值相符。“那将是令人兴奋的替代方案，”Hildebrandt 说。
对标准模型进行“新物理学”修正可能涉及改变暗能量或暗物质（或两者兼而有之）的数量和性质，以及调整它们彼此之间以及与普通物质之间的相互作用方式，以及其他更奇特的修改。“一些旨在调整宇宙学模型以解决哈勃常数张力的理论解决方案使这种[sigma-eight 张力]变得更糟。有些则使其变得更好，”里斯说。
Hildebrandt 同意目前还没有明显的解决方案。“如果有一个引人注目的模型，也许人们会蜂拥而至，”他说。“但目前，我认为没有。真正取决于我们观测者来提高[sigma-eight 张力]的显着性或证伪它。”