[论文解读] The Concerning S$H_0$ES Hubble Constant

D. Majaess|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2024

Astronomy and Astrophysical Research被引用 4

一句话总结

本文挑战了S$H_0$ES对哈勃常数的测量结果（$H_0 \approx 73$ km/s/Mpc）的稳健性，指出尽管已有18年数据，但造父变星测光、金属丰度修正以及对NGC4258距离估计的持续不一致，削弱了对真实哈勃张力的主张。文章呼吁对哈勃空间望远镜（HST）的造父变星图像进行独立、盲法重新分析，以消除确认偏倚和未解决的系统误差。

ABSTRACT

Concerns are raised regarding the S$H_0$ES results, and the present $H_0$ controversy. The S$H_0$ES $H_0 \simeq 73$ km/s/Mpc has remained relatively unaltered across $18$ years (2005-2023), despite marked shifts in maser and Cepheid distances to the keystone galaxy NGC4258 (M106), and changes in the slope, zeropoint, metallicity, and extinction terms tied to the Leavitt Law, and notwithstanding uncertain photometry for remote Cepheids spanning galaxies with highly inhomogeneous crowding and surface brightness profiles. Concerns raised regarding the S$H_0$ES findings by fellow researchers are likewise highlighted. An independent blind assessment of the entire suite of raw HST Cepheid images is warranted, while being mindful of extit{a priori} constraints and confirmation bias that unwittingly impact conclusions.

研究动机与目标

• 在造父变星距离测量中持续存在不一致的背景下，质疑S$H_0$ES给出的$H_0 \approx 73$ km/s/Mpc测量结果的可靠性。
• 突出莱维特定律中尚未解决的问题，包括可变的零点、斜率和金属丰度依赖性，这些因素影响$H_0$的标定。
• 强调测光污染和星场拥挤对河外造父变星观测的影响，特别是在高表面亮度区域。
• 呼吁对所有原始HST造父变星图像进行独立、盲法重新评估，以减轻确认偏倚和先验约束。
• 鉴于对CMB和基于造父变星的$H_0$估计尚未达成共识，且系统误差持续存在，质疑哈勃张力主张的有效性。

提出的方法

• 分析Huchra数据库中的历史$H_0$估计值，以识别$H_0$测量中长期存在的不确定性和不稳定性。
• 回顾利用HST数据对NGC4258中造父变星距离测量的差异，包括Maoz等人（1999年）、Newman等人（2001年）和Macri等人（2006年）的研究结果之间的冲突。
• 利用大麦哲伦云、小麦哲伦云、银河系和NGC4258的数据，评估不同金属丰度下莱维特定律的斜率和零点。
• 评估红巨星簇和拥挤星场对河外造父变星测光的影响。
• 将S$H_0$ES的结果与基于TRGB和造父变星方法的其他$H_0$测定结果（例如Freedman & Madore, 2023a）进行比较，突出其与CMB结果的一致性。
• 提出对所有原始HST造父变星图像进行盲法、无偏见的重新分析，以消除确认偏倚和系统误差。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管造父变星和脉泽距离测量在NGC4258持续演变，为何S$H_0$ES的$H_0$值在过去18年（2005–2023年）内几乎保持在~73 km/s/Mpc不变？
• RQ2 HST对遥远造父变星图像中的测光污染和拥挤在多大程度上损害了$H_0$测定的准确性？
• RQ3 不同研究中莱维特定律参数（斜率、零点、金属丰度依赖性）的冲突在多大程度上影响了$H_0$标定的一致性？
• RQ4 所观测到的哈勃张力是否可归因于未解决的系统误差，而非新物理？
• RQ5 金属丰度、消光和混合之间的退化关系对NGC4258和天蝎座A等星系中造父变星距离测量有何影响？

主要发现

• S$H_0$ES对$H_0$的估计值约为73 km/s/Mpc，在过去18年（2005–2023年）间基本保持不变，尽管NGC4258的脉泽和造父变星距离已发生显著变化。
• NGC4258的造父变星距离测量在两个HST视场之间存在0.16 mag的偏移，表明存在显著的视场间差异，可能存在污染。
• 在金属丰度较低的环境中（如麦哲伦云），造父变星的莱维特定律斜率（$\alpha$）报告为$-3.3$，与S$H_0$ES早期声称的近太阳金属丰度下的$-2.98 \pm 0.07$相矛盾。
• S$H_0$ES团队将其早期对NGC3021造父变星的$\alpha = -2.60 \pm 0.24$修订为$\alpha \simeq -3.3$，表明其自身校准方法存在不一致性。
• Macri等人（2006年）提出金属丰度依赖的零点为$\gamma = -0.29 \pm 0.09$ mag/dex，但这一结果与Majaess（2010年）及其他研究的证据相矛盾，后者表明$W_{VI}$函数对金属丰度相对不敏感。
• 使用TRGB方法的其他$H_0$测定结果（如Freedman & Madore, 2023a）与CMB结果一致，表明S$H_0$ES的$H_0$可能因未解决的系统误差而偏高。