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              “早期暗能量”能讓宇宙年輕10億歲?仍需不同模型交叉檢驗

              2021-09-28 16:03:07來源:科技日報  

              近日,在預印本網站arXiv.com上公布的2篇研究論文顯示,研究人員或許從阿塔卡馬宇宙學望遠鏡(ACT)2013年到2016年間收集的數據中首次找到了“早期暗能量”的跡象。

              而如果真的存在這種假想中的“早期暗能量”,宇宙年齡就要比現在測量的小10億多歲。

              理論與觀測間的矛盾

              暗能量是一種普遍存在但又難以捉摸的宇宙組成成分,它可以加速宇宙的膨脹速度。如今,宇宙學家或已找到了第二種暗能量的信號,這種暗能量或許曾在宇宙大爆炸后30萬年內存在。

              據悉,通過測量得到的宇宙膨脹速度,和早期宇宙的數據不匹配,而如果“早期暗能量”的發現能被確認,科學家或許就能解決這一問題。

              但研究人員也表示,目前數據仍然是初步的,還不足以在較高的可信度下檢測“早期暗能量”。不過研究人員說,ACT或南極點望遠鏡(SPT)的進一步觀測,能夠提供更加翔實的數據。上述論文合著者、美國哥倫比亞大學的宇宙學家科林·希爾說:“如果宇宙早期的確充斥著‘早期暗能量’,我們就應該能看到強烈的信號。”

              ACT和SPT的設計目的都是繪制宇宙微波背景(CMB),這是宇宙大爆炸后宇宙中第一縷自由傳播的光。對于宇宙學家而言,CMB是他們宇宙理論的重要支柱之一。通過描繪CMB在全天各個方向上的細微差異,研究人員已經找到了“宇宙學標準模型”的有力證據。這個模型用3個初始參數描述了宇宙的演化:暗能量、暗物質和普通物質。暗物質的神秘程度和暗能量不相上下,它是星系形成的主要原因。而我們熟知的普通物質,還不到宇宙總能量/質量的5%。

              當前最佳的CMB觀測結果,是歐洲航天局的普朗克任務在2009年到2013年間繪制的。而根據宇宙學標準模型,科學家可以通過計算普朗克任務的數據來預言現在宇宙應該以多快的速度膨脹。在過去的10年中,對超新星爆炸等現象的觀測,讓科學家對宇宙膨脹速度的測量越來越精確,但測出的膨脹速度卻比普朗克任務得到的速度快5%—10%。

              理論物理學家認為,對標準模型進行大量修改可以解釋這樣的差異。2年前,美國約翰霍普金斯大學的宇宙學家馬克·卡米翁科夫斯基和同事們則表明,可以向標準模型中額外添加一個角色——“早期暗能量”。“早期暗能量”可能是一種類似液體的東西,當它在宇宙大爆炸后幾十萬年內消失之前,會滲透到宇宙中。

              仍需不同模型交叉檢驗

              與“普通的”暗能量不同,“早期暗能量”不會強到導致宇宙加速膨脹。但它會讓宇宙大爆炸時產生的等離子體以更快的速度冷卻。這將影響科學家解釋CMB的方式——特別是涉及用整個宇宙的等離子體冷卻成氣體之前,聲音在其中傳播的距離,來計算宇宙年齡和宇宙膨脹速率(即重子聲學振蕩相關問題),普朗克任務和其他類似的觀測,正是用這種效應在天空中留下的印記來進行計算。

              此次最新研究發現,相比于宇宙學標準模型,帶有“早期暗能量”的宇宙學模型更能符合ACT在CMB中觀測到的偏振信息。希爾表示,用“早期暗能量”模型來解釋ACT觀測到的CMB數據,宇宙的年齡將會是124億歲,比用標準模型計算出的138億歲小了11%。因此,現在宇宙膨脹的速率應該比標準模型預測的快5%,與天文學家計算得到的結果更為接近。

              但普朗克任務團隊的一名成員卻提醒道,ACT的數據和普朗克團隊計算出的數據不一致;盡管ACT的偏振數據支持“早期暗能量”的存在,但目前還不清楚主要數據集——CMB的溫度分布——是否表現出同樣的偏向。她補充道,出于這些原因,用SPT的數據對結果進行交叉檢驗是十分必要的。

              美國芝加哥大學的天文學家溫迪·弗里德曼說:“追求不同的模型,并將其和標準模型進行對比,這非常重要。”

              責任編輯:hnmd003

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