Краткая цель

Доказать либо устранить «тенз» H0 $локальныеметоды\approx 73km/s/MpcvsCMB\approx 67km/s/Mpc$ путём получения независимых измерений с суммарной погрешностью ≲1% и контролем систематик на уровне ≲1% для каждой независимой методики. Если разные, систематически независимые методы останутся несовместимыми при таком контроле — это будет сильное свидетельство физики за пределами ΛCDM.

Общий подход

Сделать несколько независимых «якорей» H0 $локальнаялестница,гравитационныелинзысвременнымизадержками,стандартныесиреныГВ,мега-мазеры$, каждый с статистикой и контролируемыми систематиками ≲1%. Обеспечить строгую кросс‑калибровку между инструментами $однафотометрическая/спектроскопическаясистемастандартов$, слепые анализы, end‑to‑end симуляции для оценки систематик. Одновременно улучшить раннюю вселенную $CMB,BAO,BBN$ чтобы исключить или выявить систематические/новые физические эффекты, которые меняют вывод H0 из ранней вселенной.

Детальная программа по методам $чтонаблюдать,какиеприборы,требуемаяточность,основныесистематикииспособыихсдерживания$

A. Классическая локальная лестница: параллаксы → Cepheids/TRGB → SNe Ia

Цель: получить прямую калибровку SNe Ia с суммарной случайной+систематической ошибкой ≲1%.Приборы: Gaia $финальныйдатасетиулучшениенулевойточкипараллакса$, JWST и Roman для IR‑фотометрии Cepheid/TRGB в плотных полях; ELT/TMT/GMT с AO для разрешения и спектроскопии в удалённых галактиках; Rubin/LSST и специализированные малые телескопы для плотного мониторинга SNe $фотометрия$.Требуемые точности:
Параллаксы эталонных переменных: систематическая ошибка нулевой точки ≲5–10 μas $чтобыполучить\lesssim 1$. Фотометрическая калибровка: абсолютная стабильность ≲2–3 mmag $0.2–0.3$ в соответствующих фильтрах; цель — общий вклад калибровки <0.5–1%. Количество: увеличить число SNe Ia с прямой калибровкой $черезCepheid/TRGB$ с ~20 до ≳200. Систематики и их снижение:
Загрязнение светом окружающих звёзд $crowding$ — решить IR‑наблюдениями JWST/ELT и моделированием PSF; использовать искусственные звезды/симуляции.Металличность/пульсационные шаблоны Cepheid — контролировать с помощью спектроскопии и анализировать в IR $меньшезависитотметалличности$.Выборка SNe $Malmquist,selectionbias$ — строгие критерии отбора, симуляции отбора, однородное наблюдение.Систематическая разница Cepheid vs TRGB — сделать пересечение $обеметодикиводнихитехжегалактиках$ и использовать оба якоря.Пекuliarные скорости локального объёма — использовать SNe с z>0.02–0.05 и реконструкцию потоков масс $голосованиепобольшомуобъёму$, чтобы снизить влияние локальных потоков <0.5%.

B. Tip of the Red Giant Branch $TRGB$

Роль: независимый локальный якорь, менее чувствителен к металличности и кластерам переменных.Приборы: JWST/Roman/ELT для глубокого резольвирования RGB в галактиках-анкерах $IR/оптика$. Gaia для ближайших RGB звёзд калибровки.Требуемая точность: одна галактика — ≲3% дистанция; суммарно — ≲1% при увеличенной выборке $\gtrsim 50анкерныхгалактик$.Контроль систематик: стандартизировать метод выделения края, моделирование фоновых звёзд и внутренних популяций; перекрестная проверка с Cepheids.

C. Временные задержки сильного гравитационного линзирования $time‑delaylenses$

Цель: независимое измерение H0 без лестницы расстояний.Приборы: HST/JWST/ELT AO для высокоразрешающей визуализации арок и светлового распределения; Rubin/LSST для мониторинга световых кривых; широкопольная спектроскопия $DESI‑класс$ для среды и красных смещений; IFU‑спектрография $ELT,JWSTNIRSpec$ для пространственно‑разрешённой кинематики линзовой галактики.Требуемая точность: на единичной системе сейчас ≈3–6%; цель — ≲1% комбинированно с выборкой 50–100 хороших линз.Ключевые систематики и снижение:
Mass‑sheet degeneracy и моделирование макромассы — пробить с помощью отдельно измеренной внутренней кинематики линзовой галактики $пространственно‑разрешённая\sigma \ast (R)$, многомоделинговых подходов, внешняя конвергенция оценена через глубокое картирование окружения $спектроскопия/визуализация$.Точность задержек — мониторинг с частым кадрированием и корректная модель света; цель — ошибки задержек ≲1% $обычно\lesssim 0.5–1день$.Микролинзирование/ветвления — моделируются и учитываются в систематике.Выборка линз — хорошо контролируемая выборка, чтобы избежать selection bias.

D. Мега‑мазеры в аккреционных дисках $watermegamasers$

Роль: геометрические дистанции $геометрия+доплеровскиескорости$ — прямой геометрический метод.Приборы: высокочувствительная VLBI/слойная радиотелескопическая сетка $ngVLA,SKA,улучшеннаяVLBA,возможнокосмическаяVLBI$ для измерения орбитальной геометрии; спектрометры высокой чувствительности.Требуемая точность: отдельная система уже ≲3%; цель — ≲1% при увеличении числа объектов до ≳10–30 достоверных дисков.Систематики: асимметрии диска, неполнота/аномалии в движении — моделирование и выбор «чистых» дисков; требуемая позиционная точность микросекунды.

E. Гравитационные «стандартные сирены» $GW$

Роль: независимый физический метод $амплитуда\to расстояние$ без лестницы.Приборы: сеть детекторов 2‑го поколения $LIGO/Virgo/KAGRA/India$ и 3‑го поколения $EinsteinTelescope,CosmicExplorer$ — для точного измерения амплитуды и поляризации; широкий EM‑follow‑up $LSST,Rubin,Roman,ELT$ для локализации/идентификации хоста.Требуемая точность: одна хорошо локализованная событие $BNSсEMcounterpart$ даёт ≈5–10%; цель — ≲1% комбинированно с ~50–200 событий с EM‑кмт $или\gg 1000статистических«dark»событийприиспользованииплотныхкаталоговгалактик$.Систематики и их снижение:
Деградация из‑за наклона орбиты $inclination$ — больше детекторов/поляризаций, а также модельные поправки $высшиемоды$, EM‑информация о джете.Калибровка амплитуды детекторов — поддерживать абсолютную амплитудную калибровку ≲1%.Неполнота каталогов галактик для статистического метода — глубокие полные каталоги до требуемой глубины; контроль selection functions.Пекuliarные скорости для низко‑z событий — использовать более высокие z или корректировать потоки.

F. Ранняя вселенная: CMB, BAO, BBN — устранение потенц. систематик

Цель: либо подтвердить вытекание H0 из ранней физики, либо показать её систематическое искажение.Приборы: CMB‑поля нового поколения $SimonsObservatory,CMB‑S4$ для точности на θ*, Neff, первичных спектров; DESI/Euclid/Roman для BAO и роста структур; высокоточные измерения BBN $D/H$ из высоко‑разрешённых спектров квазаров $30‑мтелескопы$.Что нужно:
Снизить неопределённость на акустический масштаб и параметры, влияющие на sound horizon, до уровня, при котором экзотические модели ранней вселенной можно однозначно отличить.Измерить Neff и ранний вклад энергии $earlydarkenergy$ с точностью, позволяющей заявить, верна ли модификация физики.Систематики: аппаратные калибровки, лучи, foregrounds $CMB$ — необходимы multi‑frequency и улучшенные модели foreground; BAO: контроль систематик реконструкции.

Аналитика, валидация, сочетание данных

Blinding: скрытые смещения H0 до финальных решений $чтобыизбежатьconfirmationbias$. End‑to‑end симуляции для каждой методики, включая все известные систематические эффекты и selection functions. Иерархическое байесовское объединение: учитывать корреляции в систематиках между методиками $напр.,фотометрическаякалибровка,пекuliarныескорости$. Прозрачность: публичные каталоги, код, результаты промежуточных симуляций. Кросс‑проверки: требование, чтобы хотя бы две принципиально разные методики $например,time‑delaylensesиGW‑sirensилиmasersиCepheidladder$ достигли ≲1% согласия прежде чем считать проблему «решённой».

Целевые числовые ориентиры $практический«план»$

Локальная лестница: ≳200 калиброванных SNe Ia; параллаксы эталонов со сист. ошибкой ≲5–10 μas; фотометрическая стабильность ≲2–3 mmag. Итоговая цель: ≲1% по H0.Time‑delay lenses: выборка 50–100 «чистых» систем с полной кинематикой и окружением; цель: ≲1% комбинированно.Masers: ≳10–30 геометрических расстояний с ≲1–2% погрешностью каждая.GW: ≳50–200 BNS с EM‑контрpart и/или тысячи статистических событий + полные каталоги галактик → ≲1% комбинированно.CMB+BAO: CMB‑S4 + DESI/Euclid/Roman ограничивают раннюю физику так, чтобы изменение sound horizon было измеримо и отличимо от систематик.

Приоритеты и сроки

Короткосрочные $3лет$: финальные Gaia данные; JWST и Rubin вывести улучшенную локальную лестницу; H0LiCOW‑тип проекты увеличить выборку линз в 2–3 раза; LIGO‑VK/KAGRA консолидируют несколько «ясных» сирен. Среднесрочные $3–8лет$: Roman/ELT/TMT/GMT улучшат разрешение и спектроскопию, ngVLA/SKA увеличат число масеров; CMB‑S4/Simons улучшат раннюю вселенную. Долгосрочно (>8 лет): 3‑е поколение GW‑детекторов $ET/CE$ и крупные радиоинструменты дадут необходимую статистику «стандартных сирен» и масеров для окончательного 0.5–1% измерения.

Заключение — что значит «решение» дилеммы

Если после реализации программы: все независимые методы сходятся на одном H0 с суммарной ошибкой ≲1% — значит, дело в систематиках ранней или локальной методики $имыихнашли/устранили$. Если разные, систематически независимые методы $например,stronglenses,masers,GW‑sirensилокальнаялестница$ остаются несовместимыми при таком уровне контроля — это сильное указание на новую физику $например,изменениераннейисториирасширения,дополнительнаякомпонентаэнергии,нестандартныйNeffит.п.$.

Готов помочь детализировать план для конкретного этапа: бюджет наблюдений, требуемая пропускная способность телескопов, схемы мониторинга для линз/сирен или формальные схемы блайндинга и иерархического объединения.