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重新评估基于造父变星的距离阶梯:对哈勃常数的影响

宇宙学与河外天体物理 2025-03-07 v3 星系天体物理

摘要

哈勃常数(H0H_0)是宇宙学中的一个关键参数,然而由于早期和晚期宇宙测量方法之间的差异,其精确值仍存在争议,这个问题被称为“哈勃张力”。在本研究中,我们重新审视了基于造父变星的距离阶梯校准,重点关注周期-光度关系(PLR)中的两个潜在偏差来源:(1)对银河系(MW)造父变星残余视差偏移所假设的先验值,以及(2)锚定星系与超新星宿主星系中造父变星周期之间的系统性差异。为解决后者,我们采用了两种不同的策略,并同时更新了银河系造父变星的校准。第一种策略涉及从一个共同的周期分布中对锚定和宿主造父变星进行重采样。这种方法给出了一个保守的 H0H_0 估计值 H0=(72.18±1.76)km/s/MpcH_0 = (72.18 \pm 1.76) \, \mathrm{km/s/Mpc},其中包含了更新的银河系分析。增大的不确定性反映了样本量的减少——每次重采样约 700 颗造父变星,而原始数据集中为 3200 颗。该方法将哈勃张力从 5.4σ5.4 \, \sigma(如 SH0ES 合作组报告的 H0=(73.17±0.86)km/s/MpcH_0 = (73.17 \pm 0.86) \, \mathrm{km/s/Mpc})降低到 2.4σ2.4 \, \sigma。第二种策略允许 PLR 斜率随周期变化,得到 H0=(72.35±0.91)km/s/MpcH_0 = (72.35 \pm 0.91) \, \mathrm{km/s/Mpc},包含更新的银河系分析,张力降低到 4.4σ4.4 \, \sigma。对该模型与单一线性 PLR 的统计比较显示,对断裂 PLR 有显著偏好(p 值 <0.001< 0.001)。两种策略一致表明 H0H_0 向下偏移约 1km/s/Mpc-1 \, \mathrm{km/s/Mpc}。我们的发现强调了仔细考虑造父变星族群特征对于精确校准 H0H_0 的重要性。

关键词

引用

@article{arxiv.2412.07840,
  title  = {Reassessing the Cepheid-based distance ladder: implications for the Hubble constant},
  author = {Marcus Högås and Edvard Mörtsell},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2412.07840},
  year   = {2025}
}

备注

v2: Revised to match the published version: (1) Extended discussion of the impact of the assumed prior on the residual parallax offset, (2) Assessing the significance of the broken PLR, and (3) Introducing an alternative parallax correction based on ecliptic latitude. v3: Providing a detailed explanation of the SH0ES team's rationale for selecting their prior on the residual parallax offset