Коротко: текущая дискуссия — разрыв между локальными измерениями $H_0$ (лестница расстояний) и значением, выведенным из CMB в рамках $\Lambda$CDM. Примеры чисел: $H_0^{\mathrm{local}}\approx 73.2\pm 1.3\mathrm{km}{\mathrm{s}}^{-1}\mathrm{Mp}{\mathrm{c}}^{-1}$ (SH0ES 2021), $H_0^{\mathrm{CMB}}\approx 67.36\pm 0.54\mathrm{km}{\mathrm{s}}^{-1}\mathrm{Mp}{\mathrm{c}}^{-1}$ (Planck 2018). Разница $\Delta H_0\approx 5.84\mathrm{km}{\mathrm{s}}^{-1}\mathrm{Mp}{\mathrm{c}}^{-1}$, её значимость примерно
$$\frac{\Delta H_0}{\sqrt{{\sigma }_{\mathrm{local}}^2+{\sigma }_{\mathrm{CMB}}^2}}\approx \frac{5.84}{\sqrt{1.3^2+0.54^2}}\approx 4.1\sigma .$$
Возможные причины расхождений
1) Физические (новая физика или космология)
- Ранние универсные модификации, уменьшающие звуковой радиус $r_s$ (позволяет увеличить $H_0$ при тех же CMB+BAO наблюдениях): ранняя тёмная энергия (EDE), дополнительная тёплая/горячая компонентa (увеличение $N_{\mathrm{eff}}$), нестандартная рекомбинация, вариация фундаментальных констант.
- Изменения в невтроённой секции (neutrino sector): большие массы нейтрино или взаимодействия, меняющие распорядок роста структуры и расстояний.
- Поздние изменения в расширении: модифицированная тёмная энергия или взаимодействия тьмы и излучения/барионов на низких $z$.
- Неоднородности/локальные эффекты: локальная «пустота» (Hubble bubble), большой поток скоростей, локальная анизотропия — могут сместить локальные измерения.
- Сложная модель темной материи: распадающаяся тёмная материя, темная радиация и т.п., которые совместимы/не совместимы с LSS и CMB.
2) Инструментальные и систематические ошибки
- Лестница расстояний: систематики в параллаксах (Gaia zero-point), калибровке Цефеид (PL‑зависимости по металличности и цвету), переполнение/смешение фотометрии, погрешности в калибровочных анкорах (LMC, NGC4258), стандартизация SNe Ia (SALT2, host‑mass step), Malmquist и выборочные эффекты, красные смещения/пыль и законы поглощения.
- Альтернативные локальные методы: систематика в TRGB (плотность ветви, пополнение), мега-масеры (ограниченный набор объектов и модель галактик), временные задержки сильного линзирования (модель массы линзы, LOS‑масса), стандартные сирены (пока малая статистика).
- CMB и космологические методы: неполные модели foregrounds, лучевая/бимовая калибровка, систематики инструментов (Planck/ACT/SPT), зависимость выводов от $\Lambda$CDM (модельная систематика), смещения из-за неполного понимания рекомбинации или малых шкал.
- Аналитические: неправильное учёты ковариаций, использования неполных методов оценки ошибок, неполнота blind‑анализа.
Как различить причины — набор наблюдений и анализов (практический план)
A. Усиление и перекрёстная проверка локальных измерений
- Завершить/улучшить параллаксы Gaia (финальные релизы) и независимые параллаксы (HST, VLBI) для устранения zero‑point. (целевое сокращение систематики < $1\%$)
- Больше независимых анкорных дистанций: увеличивать число мега‑масеров с точной геометрической дистанцией; точные дистанции по эббинговым двойным звёздам в LMC/M31 с JWST/HST.
- Параллельные лестницы: сравнить Cepheids vs TRGB vs Miras vs RR Lyrae на тех же галактиках; обязателен blind‑pipeline для каждой лестницы.
- Увеличить число локально калиброванных SNe Ia и унифицировать обработку (один чётко задокументированный стандартный пайплайн, тесты на host‑mass step и выборku).
- Снижение влияния peculiar velocities: расширить объём выборки в Hubble flow (использовать SNe Ia с $z\gtrsim 0.02-0.05$) и моделировать локальные потоки через полнообъёмные каталоги скоростей.
B. Развитие независимых поздних измерителей
- Стандартные сирены Гравитационных волн: нарастить статистику десяков–сотен событий с оптическими идентификациями → цель: $H_0$ с несколькими процентами независимым от лестницы.
- Временные задержки сильного линзирования (TDCOSMO/H0LiCOW): увеличить число систем, улучшить IFU‑спектроскопию для калибровки моделирования линзы и среды вдоль луча; использовать blind‑моделирование.
- Мегамасеры: расширять выборку геометрически измеренных масеров в дисках, уменьшать модельную зависимость.
- Космические хронометры (differential ages): критичны систематики звёздной популяции — нуждаются в улучшении SPS‑моделей.
C. Кросс‑контроль ранней вселенной и LSS
- BAO + независимые абсолютные масштабы: скомбинировать BAO (DESI, Euclid) с независимыми абсолютными дистанциями (стандартные сирены/масеры) чтобы измерить $r_s$ напрямую; если проблема — уменьшенный $r_s$, это укажет на раннюю физику.
- CMB будущих генераций (Simons Observatory, CMB‑S4): лучшее измерение малых шкал и поляризации, строгие тесты foregrounds; уменьшит модельные вырожденности и систематики Planck.
- Проверки $N_{\mathrm{eff}}$, $\sum m_{\nu }$, и ранней энергии: комбинированный анализ CMB+BBN+LSS+Ly-$\alpha$ (противоречия с BBN/абундансами дейтерия будут опровергать некоторые ранние сценарии).
- Рост структуры: слабое линзирование (DES/KiDS/HSC/LSST) и redshift‑space distortions для теста расширения vs роста; ранняя физика должна быть согласована с $S_8$ и $f{\sigma }_8$.
D. Методология анализа (обязательные практики)
- Блёдинг (blind) и переделка независимыми группами; публиковать полные симуляции end‑to‑end.
- Иерархическая баесовская модель для лестницы, с явной моделировкой систематик и их априори.
- Проведение "falsification tests": отключать ключевые этапы калибровки, менять светокривые/fitters (SALT2 vs BayeSN) и проверять устойчивость.
- Тесты на согласованность между методами с вычислением байесовских факторов/ожидаемой разницы по AIC/BIC, а не только по сигме.
E. Специфические диагностические тесты (что укажет на какую причину)
- Если независимые поздние методы (стандартные сирены, мега‑масеры, линзы) сходятся к большому $H_0$ — вероятна ранняя новая физика (уменьшение $r_s$). Проверка: прямое измерение $r_s$ через BAO+абсолютные расстояния.
- Если все независимые поздние методы дают низкий $H_0$ (сходный с CMB) — вероятна систематика в лестнице (Cepheids/SNe). Проверка: пересчёт лестницы с TRGB/maser anchors blind.
- Если CMB‑пересмотры или новые CMB данные смещают $H_0$ — возможно инструментальные/foregrounds систематики в Planck/анализе.
- Если изменения требуются и согласуются с LSS/BBN — можно выделить конкретные расширения модели (EDE, $N_{\mathrm{eff}}$, decaying DM); если они противоречат BBN/LSS — отвергнуть.
Приоритеты (кратко)
1) Независимые, геометрические анкоры (masers, paralaxes Gaia финал, eclipsing binaries) + слепые тесты Cepheids vs TRGB.
2) Увеличить статистику стандартных сирен и сильных линз с улучшённым моделированием.
3) Совместный анализ BAO+CMB+LSS с новыми CMB (Simons/CMB‑S4) и DESI/Euclid; проверка $r_s$ и $N_{\mathrm{eff}}$.
4) Стандартизованные открытые пайплайны и end‑to‑end симуляции систематик.
Короткое резюме: решить вопрос можно сочетанием (i) повышения независимости и качества локальных геометрических измерений, (ii) наращивания независимых поздних методов (GW‑siren, линзы, masers), (iii) улучшения CMB и LSS наблюдений и (iv) строгих blind и иерархических анализов для идентификации и ограничения систематик или выявления требуемой новой физики.