早期暗能量是宇宙加速膨胀推手?

2021-09-24 23:59:45 《中国科学报》 阅读(12)

  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,推动了宇宙加速膨胀。

  近日,两项发表于arXiv预印本服务器的独立研究提到,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,不能确切表明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。”

  “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)。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,在假设宇宙学标准模型是正确的前提下,预测了宇宙膨胀速度。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,这一速度比之前预测快了5%~10%。

  于是,理论学家对标准模型提出了大量修正,以解释这种差异。两年前,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。

  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%。相应的,当前的膨胀速度将比标准模型预测的速度快5%,该数据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。

  不过,作者承认,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有力的证据。Galli则警告说,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是否也如此。使用南极望远镜核实该结果至关重要。 (唐一尘)

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