Коротко суть: локальные методы дают \(H_0 \approx 73\ \text{км·с}^{-1}\text{·Мпк}^{-1}\), космологические (Planck+ΛCDM) — \(H_0 \approx 67.4\ \text{км·с}^{-1}\text{·Мпк}^{-1}\). Разница \(\sim 5.6\ \text{км·с}^{-1}\text{·Мпк}^{-1}\) ($\approx 8\%$) значительно выше заявленных погрешностей, поэтому обсуждаются либо систематические ошибки, либо новая физика.
1) Возможные систематические эффекты (локальные измерения)
- Калибровка лестницы расстояний:
- параллаксы Цефеид/звёзд: систематический ноль или смещение в Gaia (смещение нулевой точки параллакса).
- неполнота/селекция Цефеид и SNe Ia, отличие свойств локальных и дальних SNe.
- Зашумление фотометрики:
- блендинг (смешение звёзд в плотных полях), ошибки фотореференции, калибровочные системы (фильтры, трансформации).
- Влияние окружения и химического состава:
- зависимость периода‑люмин. Цефеид от металличности; различия колонности пыли и $R_V$.
- Ошибки в привязке одного «якорного» расстояния (например, NGC4258, DEBs): смещение в одной ключевой системе передаётся дальше.
- Локальные потоки скорости/структуры:
- неполнота учёта пекулиарных скоростей, локальная пустота (local void) или ненулевой диполь скорости — влияет на средний Hubble flow на малых z.
- Систематики в SNe Ia: эволюция свойств, стандартизация, малые выборки с хорошо откалиброванными якорями.
2) Систематические ошибки в ранней Вселенной / CMB-инференции
- Систематика в данных CMB (калибровка, лучи, foreground subtraction), хотя Planck тщательно проверен.
- Неправильные допущения в модели при аппроксимации данных (например, фиксированное ΛCDM), приводящие к смещённой экстраполяции на $H_0$.
- Ошибки в BAO‑анкеровке через звуковой радиус $r_s$ (зависит от допущений о ранней физике и BBN).
3) Новая физика, способная уменьшить разрыв
- Изменение ранней экспансии (уменьшает звуковой радиус $r_s$, повышая выведенное из CMB $H_0$):
- Early Dark Energy (EDE) — временный вклад тёмной энергии перед рекомбинацией.
- Увеличение эффективного числа реликтовых степеней свободы $N_{\mathrm{eff}}$ (тёмная радиация, стерильные нейтрино).
- Изменение физики рекомбинации или взаимодействий:
- изменённая рекомбинация, ионизация, взаимодействия тёмной материи с лучами/нейтрино.
- Модификации поздней динамики:
- изменяемый уравн. состояния тёмной энергии $w(z)$ или взаимодействия тёмной материи и энергии.
- декей тёмной материи, взаимодействующая тёмная компонента, модифицированная гравитация.
- Комбинированные сценарии (EDE + другие эффекты) — часто требуют точной настройки, чтобы не нарушить ЛСС и CMB‑линзирование.
4) Как новая физика меняет наблюдаемые величины (ключевые предсказания)
- EDE: уменьшает $r_s$, оставляет CMB‑спектр в целом похожим, но изменяет высокие $\ell$ и поляризацию; влияет на амплитуду роста структуры (${\sigma }_8$) и CMB‑линзирование.
- $N_{\mathrm{eff}}>3.046$: меняет соотношение пиков CMB, BBN даёт ограничения через примордиальный дейтерий/гелий.
- Поздние модификации (w, decays): меняют расстояния на Low‑z, BAO и рост структуры.
5) Конкретные наблюдения и измерения, которые помогут отличить систематику от новой физики
- Улучшенные независимые локальные измерения:
- Gaia (финальные выпуски) — точные параллаксы Цефеид, TRGB, DEBs; проверка нулевой точки.
- TRGB‑калибровка и SBF как независимые от Цефеид методы; сравнение с лестницей Цефеид.
- Мегамасеры (water masers) в галактиках независимо от лестницы (Megamaser Cosmology Project).
- Стандартные «sirens» (гравитационно‑волновые источники с EM‑контрчастью и статистические sirens) — прямой абсолютный H0.
- Время‑запаздывание сильного линзирования (H0LiCOW/TDCOSMO) с улучшенной моделью линз и контролем систематик.
- JWST/NGST: уменьшение систематики пыли/блендинга, расширение выборок Цефеид/TRGB.
- Наблюдения ранней Вселенной и связанной физики:
- Новые CMB‑миссии (Simons Observatory, CMB‑S4, LiteBIRD) — точная поляризация, CMB‑линзирование и высокие $\ell$, чувствительные к EDE и $N_{\mathrm{eff}}$.
- BAO + BBN: DESI, Euclid, Vera Rubin (LSST) — точные BAO на широком z; измерения примордиального дейтерия/гелия (BBN) для ограничения $N_{\mathrm{eff}}$.
- Большие опросы по росту структуры и слабому линзированию (DES, KiDS, LSST, Euclid) — проверка влияния модификаций на ${\sigma }_8$ и P(k).
- 21‑cm космология (HERA, SKA) — ранняя история и возможные сигнатуры EDE/экзотики.
- Кросс‑проверки и сочетания:
- Сопоставление независимых поздних (standard sirens, masers, lenses, TRGB) результатов: если все сходятся к $\sim 73$, то систематика в CMB/ΛCDM‑интерпретации вероятна; если они расходятся, проблема в локальной лестнице.
- Одновременные повышения точности CMB и LSS: модели типа EDE дают отличия в CMB‑линзировании и росте структуры, которые можно обнаружить или исключить.
6) Что будет решающим
- Если финальные независимые поздние‑time методы (masers, sirens, lenses, TRGB, Gaia) сохраняют высокое $H_0$ с систематиками $<1\%$, тогда нужно менять раннюю физику (например EDE или $N_{\mathrm{eff}}$).
- Если независимые поздние методы сводят $H_0$ к значению Planck, то проблема была в систематиках лестницы.
- Если изменения ранней физики вводят побочные несоответствия (BBN, CMB‑линзирование, LSS), они будут исключены данными будущих CMB+LSS миссий.
Краткий вывод: наиболее правдоподобны либо скрытые локальные систематики (калибровка, блендинг, пекулиарные скорости), либо изменения ранней экспансии (EDE, $N_{\mathrm{eff}}$). Решение придёт сочетанием независимых поздних измерений (masers, standard sirens, strong lensing, TRGB/Gaia) и новых точных ранних‑временных данных (CMB‑S4, BAO, BBN, LSS).