den julimorgonen i ett rum med en hindrad utsikt över Stilla havet verkade Riess ha ett andra Nobelpris i sikte. Bland de 100 experterna i publiken-inbjudna representanter för alla stora kosmologiska projekt, tillsammans med teoretiker och andra intresserade specialister — kunde ingen förneka att hans chanser att lyckas dramatiskt hade förbättrats fredagen innan.

inför konferensen hade ett team av kosmologer som kallade sig H0LiCOW publicerat sin nya mätning av universums expansionshastighet. Med ljuset av sex avlägsna kvasarer knöt H0LiCOW H0 på 73, 3 kilometer per sekund per megaparsec — betydligt högre än Plancks förutsägelse. Det som betydde var hur nära H0licows 73.3 föll till mätningar av H0 av SH0ES-laget ledt av Riess. SH0ES mäter kosmisk expansion med hjälp av en” kosmisk avståndsstege”, en stegvis metod för att mäta kosmologiska avstånd. SH0ES senaste mätning i Mars pekade på H0 vid 74.0, väl inom h0licows felmarginaler.

”mitt hjärta var aflutter”, berättade Riess för mig om hans tidiga titt på H0licows resultat två veckor före Santa Barbara.under sex år hävdade SH0ES-teamet att det hade funnit en avvikelse med förutsägelser baserade på det tidiga universum. Nu har de kombinerade sh0es-och H0LiCOW-mätningarna korsat ett statistiskt tröskelvärde som kallas ”five Sigma”, vilket vanligtvis betyder en upptäckt av ny fysik. Om Hubble-konstanten inte är 67 utan faktiskt 73 eller 74, saknas något — en faktor som påskyndar kosmisk expansion. Denna extra ingrediens som läggs till den välbekanta blandningen av materia och energi skulle ge en rikare förståelse för kosmologi än den ganska intetsägande teorin om BIOCDM ger.under sitt tal sade Riess om klyftan mellan 67 och 73: ”denna skillnad verkar vara robust.”

”Jag vet att vi har kallat detta ”Hubble constant tension”, ”tillade han,” men får vi ännu kalla detta ett problem?”

han ställde frågan till nobelpristagaren David Gross, en partikelfysiker och tidigare chef för Kavli-Institutet för teoretisk fysik (KITP), där konferensen ägde rum.

” Vi skulle inte kalla det en spänning eller problem, utan snarare en kris,” sade Gross.

” då är vi i kris.”

För dem som försöker förstå kosmos är en kris chansen att upptäcka något stort. Lloyd Knox, en medlem av Planck-teamet, talade efter Riess. ”Kanske är Hubble constant-spänningen den spännande nedbrytningen av XIACDM som vi alla har varit, eller många av oss har väntat och hoppats på,” sa han.

Hubble Constant Surd

när samtalen slutade för dagen staplade många deltagare i en skåpbil på väg till hotellet. Vi körde förbi palmer med havet till höger och Santa Ynez-Bergen till vänster. Wendy Freedman, en dekorerad Hubble konstant veteran, uppe i andra raden. En tunn, lugn kvinna på 62, Freedman ledde laget som gjorde den första mätningen av H0 till inom 10% noggrannhet och nådde ett resultat av 72 år 2001.

föraren, en ung, skäggig kalifornisk, hörde om Hubble-problemet och frågan om vad man skulle kalla det. Istället för spänning, problem eller kris föreslog han ”surd”, vilket betyder meningslös eller irrationell. Hubble konstant surd.

Freedman verkade dock mindre yr än den genomsnittliga conferencegoer om den uppenbara skillnaden och var inte redo att kalla det riktigt. ”Vi har mer arbete att göra,” sa hon tyst och nästan munnen på orden.

Freedman tillbringade årtionden med att förbättra H0-mätningarna med hjälp av cosmic distance ladder-metoden. Under lång tid kalibrerade hon stegens steg med cepheidstjärnor — samma pulserande stjärnor med känd ljusstyrka som SH0ES också använder som ”standardljus” i sin kosmiska avståndsstege. Men hon oroar sig för okända felkällor. ”Hon vet var alla skelett är begravda”, säger Barry Madore, Freedmans vita whiskered make och nära medarbetare, som satt framför bredvid föraren.

Freedman sa att det var därför hon, Madore och deras Carnegie-Chicago Hubble-Program (CCHP) bestämde sig för flera år sedan för att använda ”tip of the red giant branch” – stjärnor (TRGBs) för att kalibrera en ny kosmisk avståndsstege. Trgb är vad stjärnor som vår sol kort förvandlas till i slutet av deras liv. Uppblåst och rött växer de ljusare och ljusare tills de når en karakteristisk toppljusstyrka orsakad av plötslig antändning av helium i sina kärnor. Freedman, Madore och Myung Gyoon Lee påpekade först 1993 att dessa toppröda jättar kan fungera som standardljus. Nu hade Freedman satt dem i arbete. När vi lossade från skåpbilen frågade jag henne om hennes schemalagda samtal. ”Det är det andra samtalet efter lunch imorgon,” sa hon.

”var där”, sa Madore, med en glimt i ögat, när vi skilde oss.

När jag kom till mitt hotellrum och kollade Twitter fann jag att allt hade förändrats. Freedman, Madore och deras CCHP-lags papper hade just tappat. Med hjälp av tips-of-the — red-giant-branch-stjärnor hade de knutit Hubble-konstanten vid 69.8-särskilt kort av SH0ES’ 74.0-mätning med cepheids och H0licows 73.3 från kvasarer och mer än halvvägs till Plancks 67,4 förutsägelse. ”Universum bråkar bara med oss just nu, eller hur?”en astrofysiker twittrade. Saker blev surd.Dan Scolnic, en bespectacled ung medlem av SH0ES baserad vid Duke University, sa att han, Riess och två andra lagmedlemmar hade kommit ihop, ”försöker ta reda på vad som fanns i tidningen. Adam och jag gick sedan ut på middag och vi var ganska förvirrade, för i det vi hade sett fram till denna punkt var cepheids och Trgb i riktigt bra överenskommelse.”

de kom snart in på nyckelförändringen i papperet: ett nytt sätt att mäta effekterna av damm när man mäter TRGBs inneboende ljusstyrka — det första steget i den kosmiska avståndsstegen. ”Vi hade en massa frågor om den här nya metoden,” sa Scolnic. Liksom andra deltagare spridda över Best Western Plus väntade de ivrigt Freedmans samtal nästa dag. Scolnic tweeted, ” imorgon kommer att bli intressant.”

att bygga en Avståndsstege

spänning, problem, kris, surd — det har varit en Hubble konstant någonting i 90 år, ända sedan den amerikanska astronomen Edwin Hubbles plottar av avstånd och recessionella hastigheter av galaxer visade att rymden och allt i det går tillbaka från oss (Hubbles eget vägran att acceptera denna slutsats trots). En av de allra största kosmologiska upptäckterna, kosmisk expansion innebär att universum har en ändlig ålder.

förhållandet mellan ett objekts recessionella hastighet och dess avstånd ger Hubble-konstanten. Men medan det är lätt att berätta hur snabbt en stjärna eller galax går tillbaka — bara mäta Dopplerförskjutningen av dess frekvenser, en effekt som liknar en siren som faller i tonhöjd när ambulansen kör bort — det är mycket svårare att berätta avståndet till en pinprick av ljus på natthimlen.

det var Henrietta Leavitt, en av de mänskliga ”datorerna” vid Harvard College Observatory, som upptäckte 1908 att cepheidstjärnor pulserar med en frekvens som är proportionell mot deras ljusstyrka. Stora, ljusa cepheider pulserar långsammare än små, svaga (precis som ett stort dragspel är svårare att komprimera än en liten). Och så, från pulsationerna från en avlägsen cepheid, kan du läsa av hur inneboende ljus det är. Jämför det med hur svag stjärnan dyker upp, och du kan berätta dess avstånd — och galaxens avstånd det är i.

På 1920-talet använde Hubble cepheids och Leavitts lag för att dra slutsatsen att Andromeda och andra ”spiralnebulosor” (som de var kända) är separata galaxer, långt bortom vår Vintergatan. Detta avslöjade för första gången att Vintergatan inte är hela universum — att universum faktiskt är ofattbart stort. Hubble använde sedan cepheider för att härleda avstånden till närliggande galaxer, som, ritade mot deras hastigheter, avslöjade kosmisk expansion.

Hubble överskattade hastigheten som 500 kilometer per sekund per Megaparsek, men antalet sjönk när kosmologer använde cepheider för att kalibrera allt mer exakta kosmiska avståndsstegar. Från 1970-talet och framåt hävdade den framstående observationskosmologen och Hubble Prot ubig Allan Sandage att H0 var cirka 50. Hans rivaler hävdade ett värde runt 100, baserat på olika astronomiska observationer. Vitriolic 50-versus-100-debatten rasade i början av 80-talet när Freedman, en ung kanadensare som arbetade som postdoc vid Carnegie observatorier i Pasadena, Kalifornien, där Sandage också arbetade, satte sig för att förbättra kosmiska avståndsstegar.

för att bygga en avståndsstege börjar du med att kalibrera avståndet till stjärnor med känd ljusstyrka, såsom cepheids. Dessa standardljus kan användas för att mäta avstånden till svagare cepheider i längre bort galaxer. Detta ger avstånden av ”typ 1a supernovor” i samma galaxer — förutsägbara stjärnexplosioner som tjänar lika mycket ljusare, men sällsynta, standardljus. Du använder sedan dessa supernovor för att mäta avstånden till hundratals längre bort supernovor, i galaxer som rör sig fritt i strömmen av kosmisk expansion, känd som ”Hubble-flödet.”Det här är supernovorna vars förhållande mellan hastighet och avstånd ger H0.

men även om ett standardljussvaghet ska berätta sitt avstånd, dämpar damm också stjärnor, vilket gör att de ser längre bort än de är. Trängsel av andra stjärnor kan få dem att se ljusare ut (och därmed närmare). Dessutom har även förmodade standardljusstjärnor inneboende variationer på grund av ålder och metallicitet som måste korrigeras för. Freedman utarbetade nya metoder för att hantera många källor till systematiska fel. När hon började få H0-värden högre än Sandage blev han antagonistisk. ”För honom var jag en ung uppstart,” berättade hon för mig 2017. Ändå monterade och ledde hon på 90-talet Hubble Space Telescope Key Project, ett uppdrag att använda det nya Hubble-teleskopet för att mäta avstånd till cepheider och supernovor med större noggrannhet än någonsin tidigare. H0-värdet på 72 som hennes lag publicerade 2001 delade skillnaden i 50-mot-100-debatten.

Freedman utsågs till chef för Carnegie Observatories två år senare och blev Sandages chef. Hon var nådig och han mjuknade. Men ”fram till sin döende dag”, sa hon, ”trodde han att Hubble-konstanten hade ett mycket lågt värde.”några år efter Freedmans mätning av 72 till inom 10% noggrannhet kom Riess, som är professor vid Johns Hopkins University, in i cosmic distance ladder-spelet och satte sig för att spika H0 inom 1% i hopp om att bättre förstå den mörka energin han hade upptäckt. Sedan dess har hans SH0ES-team stadigt skärpt stegens stegpinnar-särskilt det första och viktigaste: kalibreringssteget. Som Riess uttryckte det, ” hur långt borta är någonting? Efter det blir livet lättare; du mäter relativa saker.”SH0ES använder för närvarande fem oberoende sätt att mäta avstånden till sina cepheidkalibratorer. ”De är alla överens ganska bra, och det ger oss mycket förtroende,” sa han. När de samlade in data och förbättrade sin analys minskade felfälten runt H0 till 5% 2009, sedan 3, 3%, sedan 2, 4%, Sedan 1, 9% Från och med Mars.

sedan 2013 har Planck-teamets alltmer exakta iterationer av sin kosmiska mikrovågsbakgrundskarta gjort det möjligt att extrapolera värdet för H0 någonsin mer exakt. I sin 2018-analys fann Planck att H0 var 67.4 med 1% noggrannhet. Med Planck och SH0ES mer än ”fyra Sigma” ifrån varandra uppstod ett desperat behov av oberoende mätningar.Tommaso Treu, en av grundarna av H0LiCOW och en professor vid University of California, Los Angeles, hade drömt ända sedan hans studentdagar i Pisa om att mäta Hubble-konstanten med hjälp av tidsfördröjningskosmografi — en metod som hoppar över den kosmiska avståndsstegen helt och hållet. Istället bestämmer du direkt avståndet till kvasarer — de flimrande, glödande centra av avlägsna galaxer — genom att noggrant mäta tidsfördröjningen mellan olika bilder av en kvasar som bildas när dess ljus böjer sig runt mellanliggande Materia.