Кратко: нынешнее расхождение — локальные меры дают примерно $H_0\approx 73\mathrm{km}{\mathrm{s}}^{-1}\mathrm{Mp}{\mathrm{c}}^{-1}$, а анализ CMB в рамках \Lambda CDM — примерно $H_0\approx 67.4\mathrm{km}{\mathrm{s}}^{-1}\mathrm{Mp}{\mathrm{c}}^{-1}$. Ниже — возможные систематические и теоретические причины и конкретные наблюдения/эксперименты для их проверки.
1) Систематические ошибки (локальные методы)
- Cepheids / лестница расстояний:
- систематическая ошибка в нулевой точке параллакса (параллаксы Gaia), в межзвёздном поглощении и законе экстинкции, в металличности Cepheids; выборка анкерных галактик (Malmquist, выборка).
- Привязка SNe Ia:
- фотометрическая калибровка между телескопами, эволюция свойств SNe с z, коррекции по хост-галактике.
- TRGB, Miras, RR Lyrae:
- неполнота/систематика в определении вершины RGB, зависимость от популяции и метала.
- Мегамасеры и прямые геометрические дистанции:
- малое число объектов; неполнота моделирования диска/аккреции.
- Временные задержки сильных линз:
- моделирование массового распределения линзы и окружения (мас-проект), ошибка в динамических / внешних конверсиях.
- Общие систематики:
- фотометрическая калибровка, трансформации фильтров, паблик-циклы редукции.
2) Систематические ошибки (CMB / ранняя Вселенная)
- Планковская калибровка, моделирование телескопического луча и шумов; foreground (галактическая пыль, точечные источники).
- Совпадение параметров в рамках \Lambda CDM: если модель неверна, извлечённый $H_0$ некорректен.
- Рекомбинационная физика: недостаточно точные атомные/рекомбинационные процессы (влияют на звук. горизонта $r_s$).
- Неправильная оценка влияния легких нейтрино/других свободных степеней свободы ($N_{\mathrm{eff}}$) или нестандартного процесса позднего нагрева/охлаждения плазмы.
3) Теоретические объяснения (новая физика)
- Ранняя тёмная энергия (EDE): кратковременное увеличение доли тёмной энергии до рекомбинации уменьшает звуковой радиус $r_d$ и повышает локально инферируемый $H_0$.
- параметризация: фракция $f_{\mathrm{EDE}}$ в момент $z_c$.
- Дополнительные релятивистские степени свободы ($N_{\mathrm{eff}}>3.046$): уменьшение $r_d$, поднятие $H_0$.
- Интерракции тёмной материи — тёмной энергии или тёмной материи с радиацией: изменяют рост структуры и акустический масштаб.
- Вариант с разрушающейся/распадающейся тёмной материей: меняет $\rho (t)$ и $r_d$.
- Изменение закона гравитации (modified gravity) на больших масштабах, влияющее на расширение и рост структуры.
- Систематическая локальная аномалия (великvoid): большая локальная недогруженность (void) могла бы сместить локальный $H_0$ — маловероятно по наблюдениям.
- Нестандартная рекомбинация / энерговложения (инъекции энергии, тёмные сектора): меняют форму и положение акустических пиков.
4) Какие наблюдения/эксперименты решат вопрос (конкретно и что они тестируют)
- Точнейшие параллаксы Gaia (DR4/DR5) + независимые проверки (HST, VLBI):
- уменьшит систематику в анкерной ступени лестницы (проверка Cepheids, RR Lyrae).
- JWST и Roman для Cepheids / TRGB / SNe Ia в тех же галактиках:
- лучшее измерение поглощения, металличности и систематик фотометрии; проверка согласованности индикаторов расстояния.
- Расширение выборки мегамасеров (Megamaser Cosmology Project) и VLBI-гастрометрия:
- прямые геометрические дистанции без ступенчатых привязок.
- Стандартные сирены — гравитационные волны с EM‑контрparts (LIGO/Virgo/KAGRA сейчас; ET/CE в будущем):
- независимый прямой измеритель $H_0$. Для уменьшения погрешности нужно ~ десятки событий с оптическими контрparts или статистические методы с каталогами галактик.
- Большее число временных задержек сильных линз с подробной динамикой и средой (TDCOSMO/H0LiCOW расширение):
- улучшает проверку систематики моделирования линз; сочетание с независимыми масс‑профилями (IFU-спектроскопия) уменьшит систематику.
- BAO + независимая калибровка (обратная лестница): DESI, Euclid, Roman — точные измерения $D_V(z)$ и $r_d$:
- проверка согласованности акустического масштаба; измерение $r_d$ с высокой точностью.
- CMB‑поляризация и линзирование высокого качества (Simons Observatory, CMB‑S4, LiteBIRD):
- точнее измерят $N_{\mathrm{eff}}$, малые систематики Planck, сигнатуры EDE в CMB (поляризация и пики).
- Прецизионные измерения BBN‑абундансов (прим. дейтерий) и лабораторные параметры нуклеосинтеза:
- уточнение ${\Omega }_b{h}^2$ и проверка совместимости с $N_{\mathrm{eff}}$ и $r_d$.
- 21‑cm наблюдения (HERA, SKA) и спектральные искажения (PIXIE):
- поиск ранних энерговложений/инъекций и тест рекомбинации/структуры на высоких z (проверка EDE/ранее нагревание).
- Измерения роста структуры $f{\sigma }_8(z)$ (weak lensing, RSD: DES, LSST, Euclid, DESI):
- отличают модифицированную гравитацию/интеракции от изменения $r_d$; проверка согласованности расширения и роста.
- Непосредственные измерения $r_d$ и звук. горизонта:
- комбинация primordial-physics (BBN, CMB) и late-time BAO/lyα (высокий z) для проверки, действительно ли $r_d$ отличается от \Lambda CDM ожидания.
5) Как тестировать конкретные теории
- EDE: искать специфические сигнатуры в CMB (смещение и амплитуды пиков, поляризация), и изменение маломасштабного роста; CMB‑S4 + LSS + SNe + BAO позволит жестко ограничить $f_{\mathrm{EDE}}$ и $z_c$.
- $N_{\mathrm{eff}}$: CMB‑S4 и точные BBN‑наблюдения дадут $\Delta N_{\mathrm{eff}}$ с погрешностью $\lesssim 0.03$, что решит создаёт ли дополнительная радиация решение.
- Модифицированная гравитация / взаимодействия: несоответствие между наблюленным расширением и ростом структуры; точные измерения $f{\sigma }_8(z)$ и слабого линзинга.
- Декэй темной материи / инъекции энергии: спектральные искажения CMB (PIXIE) и 21‑cm.
Коротко: нужены независимые, перекрёстные и разные по систематике меры $H_0$: улучшенные локальные анкерные методы (Gaia+JWST+masers), стандартные сирены (GW), расширенные временные задержки линз, и одновременно прецизионные ранние‑вселенские измерения (CMB‑S4, BBN, BAO на разных z). Сочетание этих данных позволит отделить систематики от новой физики (ключевые диагностические параметры: $r_d$, $N_{\mathrm{eff}}$, рост структуры $f{\sigma }_8$, параметры EDE).