A wavelength-Independent Extinction Model as a Data-Driven Alternative to the Riess Correction of the Gaia Cepheid Parallaxes

想象一下，宇宙就像一个巨大的、正在膨胀的气球。几十年来，科学家们一直试图精确测量这个气球膨胀的速度。这个速度被称为哈勃常数，了解它至关重要，因为它告诉了我们宇宙的年龄以及它将如何终结。为了测量这个数值，天文学家使用了“标准烛光”——即那些亮度可预测的恒星，就像已知瓦数的灯泡一样。通过观察它们从地球看去有多暗，我们就可以计算出它们有多远。然而，这里出现了一个问题：当我们观察宇宙的“婴儿照”（宇宙微波背景辐射）时，与我们观察“成年宇宙”（附近的爆炸恒星和变星）时，得到的膨로速率答案并不一致。这就像是用卷尺测量一个房间得到10英尺，但用激光测距仪却得到12英尺。这种分歧被称为“哈勃张力”，它让科学家们抓耳挠腮，怀疑是我们的物理学理解出了错，还是我们只是遗漏了某个拼图碎片。

约翰·巴鲁赫（John Baruch）撰写的这篇论文提出了一种解决这个谜题的新方法。作者并没有假设卷尺（Gaia卫星的距离数据）是错误的，而是建议恒星发出的光在穿过我们的银河系时变得稍微暗了一些，这并不是因为尘埃，而是因为某种看不见的东西：暗物质。论文认为，如果我们考虑到这种微小的、看不见的变暗现象，两种不同的宇宙膨胀速度测量值就会突然达成一致。

伟大的宇宙争论

长期以来，一个著名的天文学家团队（里斯团队）一直使用哈勃空间望远镜来测量被称为造父变星的特殊恒星的距离。他们发现这些恒星比Gaia卫星显示的距离更近。为了让数据匹配，里斯团队决定对Gaia数据进行微调，即从每项测量值中减去一个极小的量（10微角秒）。他们这样做是为了强行让两个不同的距离测量结果保持一致，而这反过来又维持了“哈勃张力”，暗示宇宙的膨胀速度比“婴儿照”所预示的要快。

巴鲁赫的论文写道：“等等。如果Gaia的数据其实是正确的，而里斯的微调掩盖了真正的罪魁祸首呢？”作者运行了数据，发现这两组数据之间的分歧不一定是卫星的错误；从数学上看，它看起来完全像是光线穿过银河系时产生的一种极其微小的、均匀的变暗效应。论文将10微角秒的修正和这种变暗效应呈现为两种“同样有效”的数学解。然而，巴鲁赫认为，如果我们假设Gaia数据是正确的并接受这种变暗效应，那么恒星的距离就会缩小，从而计算出的宇宙膨胀速度也会下降。突然间，“成年宇宙”的测量值与来自普朗克卫星的“婴儿照”测量值相匹配了。张力消失了，不是因为宇宙膨胀得更快，而是因为我们因为那层看不见的雾而误判了距离。

看不见的雾：暗物质

论文指出，这种“雾”是由暗物质引起的。我们知道暗物质的存在，是因为它拥有维持星系运转的引力，但我们通常认为它是隐形的，且完全不与光发生相互作用。巴鲁赫提出了一个大胆的想法：也许暗物质实际上可以吸收一点点光。

作者计算出，如果暗物质每旅行1,000秒差距（一个距离单位）吸收约6%的光，就能完美解释为什么里斯团队观测到的恒星看起来比Gaia卫星显示的更暗、更远。当你修正了这种变暗效应后，恒星的距离会缩短，计算出的宇宙膨胀速度也会随之下降。突然间，“成年宇宙”的测量值就与来自普朗克卫星的“婴儿照”测量值吻合了。张力消失了，不是因为宇宙膨胀得更快，而是因为我们因为那层看不见的雾而误判了距离。

一种新型粒子

但如果暗物质理应是隐形的，它又是如何吸收光的呢？论文在此处进入了高度推测性的阶段。作者建议，暗物质粒子可能不是孤独的幽灵，它们可能会配对形成“联星”（binaries），就像一对由引力维系在一起的微小舞伴。作者将其比作氢原子中的电子和质子如何吸收光。如果这些暗物质耦合体被具有恰好特定能量的光子（光的粒子）撞击，它们可能会分裂开来，并在过程中吸收光能。

论文暗示，这些配对在恒星之间寒冷黑暗的空间里是稳定的，但在早期宇宙的剧烈高温下可能会被破坏。这引出了一个预测：如果我们观察非常遥远的过去（即红移大于2.3的高红移时期），宇宙的背景热度可能太高，以至于这些暗物质耦合体无法存在。如果这是真的，那么这种“雾”就会消失，遥远的超新星会突然看起来比预期更亮，使宇宙看起来似乎又在加速膨胀。作者希望詹姆斯·韦伯空间望远镜未来能够观测到这种效应。

这篇论文提出了什么

重要的是要注意这篇论文并非在说什么。它并不声称已经超越怀疑地证明了解决方案。相反，它将10微角秒的修正作为两种在数学上有效的选项之一，但认为另一种选择——由暗物质引起的微小、不依赖波长的变暗效应——是更具物理意义的研究路径。此外，论文明确承认，通过这种方式解决哈勃张力需要一种“完全推测性的猜想”——即一种新的暗物质机制。它表明，虽然标准的物理定律可能依然适用，但我们可能需要为暗物质发明一种特定的新属性（即它可以形成联星并吸收光），才能使数据逻辑自洽。

底线

这篇论文是一个充满创意的侦探故事。它捕捉到了天文学中一个顽固的分歧，并暗示罪魁祸首是一种由暗物质引起的、微小的、与波长无关的变暗现象。虽然暗物质吸收光这一观点具有高度的推测性，并且依赖于关于这些粒子如何配对的新理论，但数学显示，如果这种变暗效应确实存在，它就能解决哈勃张力，并将我们对宇宙膨胀的观测与我们所能看到的最高龄的光芒对齐。作者承认这是一个猜想，但它提供了一个全新的视角，可以将宇宙最大的谜团转化为一个简单的案例——“不是距离的问题，而是雾的问题”。