Кратко — сначала формулировки объяснений, затем тесты, которые различают «новую физику» и «систематику».
1) Сформулировки возможных объяснений
Физические (новая космология)
- Раннее тёмное энергообразование (EDE): добавочная компонента энергии, действующая около эпохи равенства $z\sim 10^3$, уменьшает звуковой радиус $r_d$ и поэтому при неизменных угловых масштабах CMB даёт большее значение $H_0$. Характерный след — изменение маломасштабного CMB (damping tail), поляризации и роста структуры (увеличение ${\sigma }_8$).
- Дополнительные лёгкие реликты / повышенное $N_{\mathrm{eff}}$: увеличивают скорость расширения в ранней Вселенной, тоже уменьшают $r_d$. Следы — BBN (приморд. абундансы, D/H), CMB и малая шкала структуры.
- Взаимодействия тёмной материи (DM) с радиацией/барионами или самораспадающаяся DM: изменяют эволюцию плотностей и флуктуаций, влияют на CMB damping tail, 21‑cm и маломасштабную структуру.
- Модификации гравитации на больших масштабах или поздняя тёмная энергия: меняют расстояния и скорость роста структуры в низком $z$; следы — несогласованность f\sigma8(z), слабое линзирование и кластеризация.
Систематические (ошибки калибровки/вычисления)
- Локальная шкала расстояний: смещение параллаксов (Gaia zero‑point), систематические ошибки в калибровке цефеид/Tip‑of‑RGB/SNe Ia (фотометрическая калибровка, металичность, среда), выборка сверхновых, Malmquist‑bias.
- Статистические/космические эффекты: локальная плотность/пустота (local void) и некорректный учёт пекулярных скоростей.
- CMB/Planck‑систематика: моделирование foregrounds, некорректная учётка инструментальных эффектов, сцепления между параметрами при выводе $H_0$ (в частности зависимость от предположений о $r_d$ и ранней физике).
- Аналитические/прайоровые допущения: выбор параметризации модели (ограничение пространства параметров приводит к смещению $H_0$).
Текущее смещение: локальные методы даёт $H_0^{\mathrm{local}}\approx 73\mathrm{km}{\mathrm{s}}^{-1}\mathrm{Mp}{\mathrm{c}}^{-1}$, Planck (ΛCDM) даёт $H_0^{\mathrm{Planck}}\approx 67.4\mathrm{km}{\mathrm{s}}^{-1}\mathrm{Mp}{\mathrm{c}}^{-1}$.
2) Ключевые различия в предсказаниях (что наблюдать, если причина — физика vs систематика)
- Новая физика: должна давать согласованные сигнатуры в независимых высоко‑z наблюдениях — изменения в CMB (поляризация, damping tail, lensing), влияние на рост структуры (f\sigma8, ${\sigma }_8$), BBN‑абундансы и Lyman‑$\alpha$/маломасштабная структура. То есть несоответствие не только в локальном H0, но в наборе космологических наблюдений.
- Локальная систематика: независимые ранние/высокоуниверсальные измерения (CMB + BAO + BBN) останутся согласованы между собой; независимые локальные методы дадут расхождение между ними (если только все локальные методы имеют ту же общую ошибку).
- Planck‑систематика: независимые CMB‑эксперименты (ACT, SPT, будущие CMB‑поляризационные миссии) дадут отличные оценки от Planck; систематические проблемы проявятся в несоответствии между CMB‑кампаниями.
3) Набор наблюдательных и экспериментальных тестов (практичный план) и критерии дискриминации
A. Независимые локальные методы (проверка локальной систематики)
- Стандартные сирены (гравитац.волны): измерения $H_0$ из BNS/NSBH без лестницы расстояний. Требуется десятки‑сот событий с оптической идентификацией для точности $\lesssim 2\%$. (LIGO‑Virgo‑KAGRA, будущие детекторы.)
- Временные задержки сильного гравитационного линзирования: расширить выборку (H0LiCOW/TDCOSMO, Rubin/LSST, Roman) и снизить систематику моделирования линзы.
- Мегамасеры (H2O) в Галактиках типа NGC4258: прямой геометрический анкер до SNe Ia.
- TRGB, Mira, DEB (detached eclipsing binaries), JWST/HST/GAIA cross‑checks: повторная калибровка цефеид и SNe Ia с разными методами и инструментами. Если все локальные независимые методы остаются высокими $\sim 73$, систематика маловероятна.
B. Cross‑checks CMB / ранней Вселенной (проверка ранней физики)
- Высокоточная измерение поляризации и малого масштаба CMB (Simons Observatory, CMB‑S4, SPT‑3G, Advanced ACT): EDE и другие ранние компоненты создают характерные изменения damping tail, TE/EE спектров и CMB‑линзинга. Наблюдение согласованных отклонений от ΛCDM подтвердит новую физику.
- Измерения BAO + BBN: комбинация BAO (расстоя-тельный масштаб, зависящий от $r_d$) с независимыми BBN‑ограничениями на ${\omega }_b$ и D/H проверяет изменение $r_d$. Несоответствие между $r_d$ от CMB и от late‑time inverse ladder — признак новой ранней физики.
- Приморд. абундансы (D/H, He4): измерения с высокой точностью ставят ограничения на $N_{\mathrm{eff}}$ и изменённую раннюю энергию.
- Lyman‑$\alpha$ forest и малая шкала структуры: EDE/смежные модели влияют на амплитуду и форму P(k) на малых масштабах; DESI, eBOSS, high‑z surveys проверяют это.
- 21‑cm наблюдения (HERA, SKA): взаимодействия DM‑барионов и ранние источники энергии оставляют отпечатки в глобальном и спектральном 21‑cm сигнале.
C. Рост структуры и поздние наблюдения (проверка взаимодействий DM/DE)
- Красное‑смещение‑зависимый рост f\sigma8(z) (DESI, Euclid, Rubin): взаимодействующие DM/DE и EDE предсказывают конкретные сдвиги в росте структуры; несовместимость с наблюдаемым f\sigma8 опровергнет ряд моделей.
- Слабое гравитационное линзирование (LSST, Euclid, Roman): чувствительно к ${\sigma }_8$ и структуре на малых/средних масштабах.
- Поиск продукта распада/аннигиляции DM (rays/X): для моделей распадающихся DM.
D. Тесты систематики инструментов и анализа
- Перекалибровка фотометрии и стандартизация SNe: лабораторная калибровка стандартов, cross‑check HST vs JWST vs ground, тесты зависимости SNe Ia на среду/металличность.
- Gaia параллаксы: улучшение zero‑point (DR4/DR5), независимые анализы ошибок.
- Повторные независимые CMB‑анализа с разными foreground‑моделями и независимыми инструментами (Planck vs ACT vs SPT) — если Planck‑систематика, независимые эксперименты должны дать другие результаты.
4) Критерии дискриминации (что за что будет считать «победителем»)
- Если независимые ранние‑высокозначимые данные (CMB‑pol, BAO+BBN, Lyman‑$\alpha$) покажут согласованный сдвиг $r_d$ и изменения в TE/EE и росте структуры, то это — сильный аргумент в пользу новой ранней физики (EDE / новые реликты / DM‑взаимодействия).
- Если независимые локальные методы (standard sirens, time‑delay lenses, megamasers, TRGB) дадут $H_0$ ближе к Planck, то локальная цефеида/SNe Ia калибровка подозрительна на систематику.
- Если другие CMB‑эксперименты систематически расходятся с Planck, то возможны систематические ошибки Planck.
- Если изменения $H_0$ сопровождаются несогласованностью в росте структуры (например, значимые изменения ${\sigma }_8$), многие модели EDE окажутся под давлением слабого линзирования / RSD‑данных.
5) Приоритеты и временные горизонты
- Короткий срок (1–3 года): Gaia DR4/DR5 zero‑point, увеличение sample сильных линз и megamaser‑измерений; DESI initial BAO/fσ8; доп. анализы Planck/ACT/SPT.
- Средний срок (3–7 лет): Rubin/LSST SNe и сильное линзирование, LIGO‑VK‑KAGRA массовые standard sirens, Simons Observatory CMB‑поляризация.
- Долгий срок (7+ лет): CMB‑S4, Roman/Euclid/LSST окончательные weak lensing + кластеризация, SKA/HERA 21‑cm.
Короткое резюме‑алгоритм проверки
- Шаг 1: собрать несколько независимых локальных измерений (standard sirens, megamasers, TRGB, time‑delay lenses). Если все согласуются с высокой $H_0$ — систематика локальной лестницы маловероятна.
- Шаг 2: сравнить CMB (Planck) с независимыми CMB‑кампаниями и BAO+BBN. Если ранние наблюдения требуют изменений $r_d$ и демонстрируют допустимые следы (CMB‑pol, Lyman‑$\alpha$, ${\sigma }_8$) — новая физика предпочтительна.
- Шаг 3: искать согласованные побочные эффекты (BBN, 21‑cm, распады DM и др.) для конкретной модели.
Если нужно, могу дать компактный чеклист наблюдений по приоритетам и какой исход будет указывать на каждую конкретную модель (EDE, $\Delta N_{\mathrm{eff}}$, DM‑взаимодействия, локальная систематика).