作者:唐一尘 来源:中国科学报 发布时间:2021/9/21 16:50:55
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早期暗能量让宇宙更快膨胀?

 

宇宙学家可能已经发现了第二种暗能量的迹象。这种神秘暗能量可能存在于大爆炸后的30万年里,似乎推动了宇宙加速膨胀。

近日,发表于arXiv预印本服务器上的两项独立研究提到,研究人员在2013年至2016年由智利阿塔卡马宇宙学望远镜(ACT)收集的数据中,初步发现了这种“早期暗能量”的踪迹。

如果这些发现得到证实,将有助于解决一个长期存在的难题:宇宙膨胀率测量结果存在差异。

但这些数据只是初步的,不能确切地表明这种暗能量是否真的存在。法国巴黎天体物理研究所宇宙学家Silvia Galli说:“我们要谨慎地将其视为新的物理学发现。”

这两份预印本的作者——ACT团队和一个独立小组——承认,这些数据无法以高可信度证实早期暗能量的存在。但他们表示,ACT和南极望远镜的进一步观测可能很快就会提供更严格的证据。

“如果早期宇宙确实有暗能量,那么我们应该能看到一个强烈的信号。”ACT团队成员、哥伦比亚大学宇宙学家Colin Hill说。Hill是其中一篇论文的作者。

ACT和南极望远镜都旨在绘制宇宙微波背景辐射图(CMB)。CMB是原始辐射,也被描述为大爆炸的余辉,是宇宙学家理解宇宙的支柱之一。通过绘制CMB的细微变化,研究人员发现了宇宙学标准模型的有力证据。这个模型描述了涉及3种主要成分的宇宙的演化:暗能量、暗物质和普通物质。

科学家曾利用欧洲航天局普朗克任务数据,在假设宇宙学的标准模型是正确的前提下,预测了宇宙的速度膨胀。但之后,基于对超新星爆炸的观测和其他技术,其他团队对膨胀率越来越精确的测量发现,这一速度比之前的预测快了5%~10%。

于是,理论学家们对标准模型提出了大量修正,以解释这种差异。2年前,约翰斯·霍普金斯大学宇宙学家Marc Kamionkowski和合作者提出了早期暗能量理论。他们认为早期暗能量曾渗透在宇宙中并在大爆炸后的几十万年里逐渐消失。

科学家认为,早期暗能量不会强大到足以加速宇宙膨胀,但可能会导致大爆炸产生的等离子体冷却得更快。这将影响CMB数据的解释方式,尤其是在测量宇宙年龄和膨胀率时,相关技术基于声波在等离子体冷却成气体之前能在等离子体中传播多远。

两项新研究发现,ACT的CMB偏振图更适合早期暗能量模型,而不是标准模型。Hill说,借助早期暗能量模型和ACT数据来解释CMB意味着宇宙现在的年龄是124亿年,比标准模型计算出的138亿年小11%。相应地,当前的膨胀速度将比标准模型预测的速度快5%——更接近目前天文学家的计算结果。

另一篇论文的合作者、法国蒙彼利埃大学天体物理学家Vivian Poulin说,其团队的分析与ACT团队的分析一致,这让她感到放心。

但是Galli警告说,ACT的数据似乎与她所在的普朗克团队的计算结果不一致。尽管ACT的偏振数据可能支持早期暗能量,但尚不清楚其他主要数据——CMB温度图——是否也如此。Galli表示,由于这些原因,使用南极望远镜检查该结果将是至关重要的。

相关论文信息:https://arxiv.org/abs/2109.04451

https://arxiv.org/abs/2109.06229

 
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