【洪存正專欄】《自然》2024十大科學人物 (6) ：溫蒂‧弗里德曼讓宇宙學更接近答案

宇宙膨脹的速度有多快？這位天文學家讓宇宙學更接近答案。溫蒂‧弗里德曼 (Wendy Freedman) 入選《自然》雜誌評選的 2024 年科學界十大人物 之一。
幾十年來，科學家對於一個基本問題一直存在分歧：宇宙膨脹的速度有多快？但今年，天文學家溫蒂·弗里德曼宣布的結果可能有助於平息爭議。
長期存在的難題是，兩種測量宇宙膨脹率（稱為哈伯常數）的方法給出了截然不同的答案。利用宇宙微波背景波動（大爆炸的餘輝）進行的研究表明，距離每遠一兆秒差距（Mpc；或 320 萬光年），星係就會以每秒 67 公里的速度快速遠離。但當包括弗里德曼在內的科學家測量遠星系的退化率並估計它們的距離時，他們得到了更大的哈伯常數：72-74 km s -1 Mpc -1。
估計星系距離的方法至關重要。它依賴於觀測這些星系中超新星（爆炸恆星）的亮度。為了校準超新星的視亮度與其距離的關係，研究人員依賴與「標準蠟燭」的比較：經過充分研究的恆星在銀河系的宇宙鄰近區域中相對較近的地方發現。
馬裡蘭州巴爾的摩約翰霍普金斯大學的 Adam Riess 領導的分析使用了被稱為造父變星的恆星，並給出了更高的哈伯常數。因此，伊利諾州芝加哥大學的弗里德曼與合作者合作完善了另外兩種類型的標準蠟燭，作為交叉檢查。 「她真正開始建立這條獨立的道路，」新澤西州新不倫瑞克羅格斯大學和馬裡蘭州巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的天文學家克里斯汀·麥克奎恩說。麥克奎恩說，這是勇敢的，因為它需要大量的望遠鏡觀察和艱苦的分析。
今年，弗里德曼公佈了她使用詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）的發現。正如她在4 月的會議上以及8 月發布的預印本中宣​​布的那樣，當她將兩種較新的標準蠟燭與超新星數據結合時，兩項分析都將宇宙的膨脹率置於67 km s −1 Mpc −1宇宙的誤差範圍內。
但這個謎題還遠遠沒有解決。弗里德曼發現，基於造父變星的技術仍然神秘地給出了比她用其他標準蠟燭發現的更高的值。然後，在 8 月晚些時候，Riess 發表了自己團隊的分析，認為所有三種標準蠟燭都顯示出更高的哈伯常數（AG Riess等。
造成這種差異的原因似乎是科學家對於在他們的分析中包含哪些星系組沒有達成一致。但希望更多的 JWST 觀測或不同的方法（例如使用重力波）可以解決這個問題。
如果是這樣，這將是弗里德曼幫助闡明的宇宙的一個更基本的方面。她首次成名是在 20 世紀 90 年代，當時她領導了一項被里斯稱為「哈伯太空望遠鏡」的「變革性」研究，稱為「關鍵計畫」。當時，不同的團體對哈伯常數的測量結果相差兩倍——而宇宙本身的年齡只能估計在 100 億到 200 億年之間。利用造父變星和超新星，弗里德曼的工作極大地改進了距離估計，並結合里斯和其他人獲得諾貝爾獎的發現，改進了宇宙年齡的估計。