我们测量宇宙膨胀速率的两种最佳方法，即测量哈勃常数，给出的答案却固执地存在分歧。这给现代宇宙学带来了一个被称为哈勃张力的重大问题。
然而，我们想知道，一个最初为了解决另一个宇宙谜团——宇宙磁场起源——而提出的想法，是否能帮助我们解开哈勃张力之谜。
我们最近发表的研究探讨了在大爆炸后最初时刻留下的极弱磁场是否能帮助我们解开哈勃张力，同时让我们得以一窥地球上无法达到的极高能量下的物理学。
哈勃常数与哈勃张力
天文学家使用哈勃常数作为衡量宇宙膨胀速度的指标。它以美国天文学家埃德温·哈勃的名字命名，他首次发现了宇宙正在膨胀。
测量哈勃常数有两种概念上不同的方法。一种是间接方法，基于我们调整以匹配宇宙微波背景（大爆炸微弱的余辉）中模式的宇宙学模型的预测。
诸如普朗克太空望远镜之类的望远镜测量了这种古老光线中的微小波动，预测哈勃常数约为67千米每秒每兆秒差距。秒差距是天文学中使用的距离单位，约等于3.26光年，或30.9万亿千米。兆秒差距是一百万秒差距。
第二种方法更为直接，类似于哈勃在20世纪20年代首次证明宇宙正在膨胀时所使用的方法。
它通过观察遥远星系中超新星爆发的亮度，来测量这些遥远星系远离我们所在的银河系的速度。
Ia型超新星被称为“标准烛光”，因为我们知道无论它们在哪里，其光度都是相同的。这意味着我们可以根据它们在我们看来有多暗来判断与它们的距离。
为了确定它们的内禀亮度，天文学家在附近的星系中使用其他标准烛光，例如造父变星。这些使用哈勃和詹姆斯·韦伯太空望远镜进行的观测给出了更高的值，约为73 km/s/Mpc。
这两个测量值之间的差异被称为哈勃张力。67和73之间的差异可能看起来很小，但在统计上具有高度显著性。如果两种方法都正确，那么我们的标准宇宙学模型一定遗漏了某些重要的东西。
宇宙磁场从何而来？
磁场在宇宙中无处不在。行星和恒星产生自己的磁场，但当我们试图解释贯穿星系和星系团、甚至可能贯穿宇宙空洞的更大尺度的磁场时，我们的理解就出现了空白。
一种被长期研究的可能性是，磁性最早出现在极早期的宇宙中，远在第一批恒星或星系形成之前。这些所谓的原初磁场已经被研究了数十年，在宇宙微波背景和其他数据中寻找它们的印记，为探测早期宇宙以及可能产生这些磁场的极端能量提供了一种途径。
2011年，我们中的两位（Karsten和Tom）指出，原初磁场会影响复合时期——即电子和质子首次结合形成中性氢的时期——宇宙也由此从不透明变为透明。从那一刻起能够自由传播的第一缕光，就是我们如今观察到的宇宙微波背景。
如果存在的话，原初磁场会通过推拉带电粒子来加速复合过程，使物质变得略微成团。在粒子更密集的地方，它们更有可能相遇并形成氢。
改变宇宙变得透明的时刻，会改变宇宙微波背景中观测到的模式的大小。这有效地改变了用于测量距离的宇宙标尺，进而改变了从模型中推断出的哈勃常数值，有助于缓解哈勃张力。我们中的两位（Karsten和Levon）在2020年使用简化的复合模型演示了这种效应。
突破：我们的发现
在我们的新论文中，我们使用了首个包含磁场的原初等离子体的完整三维模拟，追踪了氢的形成过程。
我们利用通过这些模拟找到的氢形成历史，计算了如果存在原初磁场，宇宙微波背景应该呈现的样子的预测，并将这些预测与背景的观测结果进行了对比测试。
宇宙微波背景对复合过程中的变化极其敏感。如果原初磁场以与观测不一致的方式改变了它，这个想法就可以被排除。相反，数据表明我们的提议仍然可行。
在数据集的多种组合中，我们发现对原初磁场有一致的、轻微的偏好，范围约为1.5到三个标准差。这还算不上是一个发现，但却是它们存在的一个有意义的暗示。
同样重要的是，数据所倾向的场强——今天约为5到10皮高斯——接近于星系和星系团磁场仅从原初种子起源所需的强度。皮高斯是用于测量磁场强度的单位。
除了有助于缓解哈勃张力外，如果原初磁场得到证实，它们将打开一扇新窗口，让我们了解宇宙诞生仅一瞬间时的样子，也许还能让我们一窥大爆炸本身等重要事件。
我们的结果表明，该提议经受住了当今最详细的测试，并为未来的观测提供了明确的目标。在接下来的几年里，我们将了解来自时间黎明的微小磁场是否帮助塑造了我们今天看到的宇宙，以及它们是否掌握着解决哈勃张力的关键。