Кратко: возможные объяснения напряжения Хаббла и конкретная последовательность наблюдений/экспериментов, которые могли бы убедительно подтвердить или отвергнуть каждое.
1) Систематические ошибки в локальном «лестничном» методе
- Что может быть не так: ошибка в параллаксе/калибровке Цефеид (параллаксы Gaia), влияние запыления и толпления звёзд, металличность PL‑закона, ошибки в калибровке опорных расстояний (LMC, NGC4258), систематика в стандартизации SNe Ia (среда хозяина, эволюция).
- Набор наблюдений/экспериментов:
- Полная перекалибровка Цефеид: Gaia DR3/DR4 + независимые параллаксы VLBI/радар/масеры; JWST инфракрасные наблюдения для уменьшения эффекта пыли.
- Альтернативные якоря: точные расстояния до масеров (Megamaser Cosmology Project), до сбалансированных двоичных в LMC (DEBs), TRGB (tip of the red giant branch) с JWST/HST; перекрёстная калибровка всех якорей.
- Увеличить набор локальных SNe Ia с хорошо измеренными хозяевами и в ИК диапазоне (чтобы минимизировать пыль/эволюцию).
- Точность/критерий: свести систематику до $\lesssim 1\%$ и проверить, сохраняется ли локальное значение $H_0$ (текущее: $\sim 73\mathrm{km}{\mathrm{s}}^{-1}\mathrm{Mp}{\mathrm{c}}^{-1}$).
- Что подтвердит/опровергнет: если после независимой перекалибровки и разных якорей локальные методы всё ещё дают $H_0$ выше значения ранней Вселенной с точностью $\lesssim 1\%$, систематика в локальных методах маловероятна; если значения сходятся к ~$67\mathrm{km}{\mathrm{s}}^{-1}\mathrm{Mp}{\mathrm{c}}^{-1}$, причина — локальная систематика.
2) Систематические ошибки в ранних методах (CMB, модель ΛCDM)
- Что может быть не так: неправильная интерпретация CMB (калибровка инструментов, foregrounds), ошибки в предположениях ΛCDM (рекомбинационная физика, параметры, зависимость от данных Planck), несовпадение в анализе поляризации/линзирования.
- Набор наблюдений/экспериментов:
- Независимые высок‑разрешающие измерения CMB: ACT, SPT, Simons Observatory, CMB‑S4 — поляризация, мелкомасштабные анизотропии, слабое линзирование CMB.
- Повторная оценка систематик Planck (кросс‑калибровка, многочастотный разбор foregrounds).
- Измерения BAO + BBN (соотношение барионов/фотонов) как независимая «ранняя» опора для $H_0$.
- Критерий: независимые CMB‑/BAO‑комбинации дают $H_0$ с систематикой $\lesssim 1\%$.
- Что подтвердит/опровергнет: если независимые CMB и ранние прокси стабильно дают $H_0\sim 67$ при устранении систематик, проблема не в CMB; если ранние методы пересмотрят $H_0$ вверх при новых данных/аналитике — причина в систематике ранних методов.
3) Новая физика (модификации ранней или поздней Вселенной)
- Варианты: дополнительная лептонная/релятивистская компонента ($N_{\mathrm{eff}}$), ранняя тёмная энергия (Early Dark Energy — EDE), взаимодействующие тёмная материя/тёмная энергия, изменённые фундаментальные константы, модифицированная гравитация.
- Набор наблюдений/экспериментов:
- Ограничить $N_{\mathrm{eff}}$ и раннюю энергию: сочетание точных CMB (поляризация, малые масштабы), точных измерений примордиальных лёгких элементов (деутерий, гелий) и BBN‑анализа — цель $\sigma (N_{\mathrm{eff}})\lesssim 0.1$.
- Проверить EDE: совместный анализ CMB (аккуратные параметры реликтовой линзы), CMB‑линзирование, рост структуры $f{\sigma }_8(z)$ из DESI/Euclid/Rubin — специфический след EDE: согласованное изменение мощности в малых масштабах и росте.
- Поиск воздействий на LSS: измерять спектр мощности и би‑спектр через DESI/Euclid/Rubin, слабое линзирование (LSST, Euclid), кластерную функцию.
- Прямые ранние признаки: будущие 21‑см эксперименты (HERA, SKA) и спектральные искажения CMB (PIXIE) для эпизодов ранней энергии.
- Критерий: новая физика подтверждена, если независимые наблюдения дадут статистически необходимое отклонение от ΛCDM, согласованное между CMB, BBN и LSS, и устраняющее напряжение без конфликтов с другими данными.
- Что подтвердит/опровергнет: обнаружение $\Delta N_{\mathrm{eff}}$, доказательства EDE через согласованные сигнатуры в росте структуры и CMB; отсутствие таких сигналов с высокой точностью опровергнет эти модели.
4) Большие неоднородности (локальная яма/void, эффекты бэкреакции)
- Что может быть: мы находимся в крупной локальной недостатке плотности, дающей заниженные локальные расстояния и повышенное $H_0$; backreaction от нелинейных структур меняет усреднённую эволюцию.
- Набор наблюдений/экспериментов:
- Карты распределения галактик до глубины $z\sim 0.1-0.2$ (TAIPAN, WALLABY, DESI) для оценки локальной плотности и радиального профиля.
- Показатели пекулярных скоростей (Cosmicflows, TAIPAN) и кинетический SZ (kSZ) для измерения потоков и локальной гравитационной потенции.
- Модели LTB и статистическая проверка через множество направлений (анизотропия $H_0$) с помощью SNe Ia и стандартных суррогатов.
- Критерий: локальная яма, способная объяснить расхождение, должна иметь радиус и контраст, которые конфликтуют с массовыми каталогами галактик и пекулярными скоростями; если такая яма исключена с точностью, объяснение отвергается.
- Что подтвердит/опровергнет: нахождение значительной однонаправленной анизотропии $H_0$ или согласованная локальная недостача плотности подтвердит; согласованность локальных карт плотности с ΛCDM опровергнет.
5) Систематики в методах, независимых от лестницы или CMB (временные задержки гравитационного линзирования, стандартные сирены)
- Возможные проблемы: неверные модели масс лещей, среды для time‑delay lenses; малые выборки стандартных сирен (GW+EM) пока слишком малы.
- Набор наблюдений/экспериментов:
- Time‑delay lensing: увеличить число систем (TDCOSMO/H0LiCOW) до десятков тщательно моделируемых линз, улучшить независимую информацию о массе (stellar kinematics, lens environment).
- Стандартные сирены: собрать ~$\gtrsim 50$ бинарных нейтронных звёзд с оптическими контрчастями (LIGO/Virgo/KAGRA текущая сеть, будущие детекторы и ET/CE) чтобы достичь $\lesssim 2\%$ на $H_0$.
- Мультиметодовая кросс‑валидация: требовать согласия между лестницей, lensing, sirens и ранними методами.
- Что подтвердит/опровергнет: если независимые методы (lensing, sirens, masers) сходятся с локальным $H_0$ — подтверждение локального значения; если они сходятся с CMB — подтверждение раннего $H_0$.
6) Эволюция/систематики сверхновых и другие астрофизические эффекты
- Что может быть: эволюция свойств SNe Ia с z, слабая лобовая линзировка выборки, неполнота выборки.
- Набор наблюдений/экспериментов:
- Глубокые спектроскопические программы SNe Ia на разных z (Roman, Rubin, JWST) для поиска эволюции физических свойств.
- Наблюдения в ИК (меньше влияния пыли) и стандартизация с учётом хозяина.
- Моделирование и наблюдение слабой линзировки и отклонений выборки.
- Что подтвердит/опровергнет: обнаружение систематической эволюции, которая корректирует локальное $H_0$ вниз, подтвердит; отсутствие — опровергнет.
Общие требования и критерии окончательного разрешения:
- Независимые методы (лестница, masers/DEBs/TRGB, time‑delay lenses, standard sirens, ранние методы CMB+BAO+BBN) должны дать согласованное значение $H_0$ с суммарной систематикой $\lesssim 1\%$.
- Программа требует: Gaia/JWST/HST, DESI/Euclid/Rubin, Simons Observatory/CMB‑S4, LIGO/Virgo/KAGRA→ET/CE, SKA/HERA, специализированные проекты по масерам и DEBs, расширение выборок time‑delay lenses и SNe Ia.
- Решение: либо одна или более систематик будут выявлены и смещают одно из значений так, что согласие восстановлено, либо несколько независимых методы подтвердят расхождение — что станет сильным доказательством новой физики (требующей согласованных подписи в CMB, BBN, LSS).
(Критически важно: статистическая значимость $>4\sigma$ при независимых методах и систематике $\lesssim 1\%$ будет требовать пересмотра физики; приведение всех независимых измерений к согласованному $H_0$ уровня $\lesssim 1\%$ исключит новую физику и укажет на систематику.)