“早期暗能量”或让宇宙年轻10亿岁

天闻频道

近日,在预印本网站arXiv.com上公布的2篇研究论文显示,研究人员或许从阿塔卡马宇宙学望远镜(ACT)2013年到2016年间收集的数据中首次找到了“早期暗能量”的迹象。

而如果真的存在这种假想中的“早期暗能量”,宇宙年龄就要比现在测量的小10亿多岁。

理论与观测间的矛盾

暗能量是一种普遍存在但又难以捉摸的宇宙组成成分,它可以加速宇宙的膨胀速度。如今,宇宙学家或已找到了第二种暗能量的信号,这种暗能量或许曾在宇宙大爆炸后30万年内存在。

据悉,通过测量得到的宇宙膨胀速度,和早期宇宙的数据不匹配,而如果“早期暗能量”的发现能被确认,科学家或许就能解决这一问题。

但研究人员也表示,目前数据仍然是初步的,还不足以在较高的可信度下检测“早期暗能量”。不过研究人员说,ACT或南极点望远镜(SPT)的进一步观测,能够提供更加翔实的数据。上述论文合著者、美国哥伦比亚大学的宇宙学家科林·希尔说:“如果宇宙早期的确充斥着‘早期暗能量’,我们就应该能看到强烈的信号。”

ACT和SPT的设计目的都是绘制宇宙微波背景(CMB),这是宇宙大爆炸后宇宙中第一缕自由传播的光。对于宇宙学家而言,CMB是他们宇宙理论的重要支柱之一。通过描绘CMB在全天各个方向上的细微差异,研究人员已经找到了“宇宙学标准模型”的有力证据。这个模型用3个初始参数描述了宇宙的演化:暗能量、暗物质和普通物质。暗物质的神秘程度和暗能量不相上下,它是星系形成的主要原因。而我们熟知的普通物质,还不到宇宙总能量/质量的5%。

当前最佳的CMB观测结果,是欧洲航天局的普朗克任务在2009年到2013年间绘制的。而根据宇宙学标准模型,科学家可以通过计算普朗克任务的数据来预言现在宇宙应该以多快的速度膨胀。在过去的10年中,对超新星爆炸等现象的观测,让科学家对宇宙膨胀速度的测量越来越精确,但测出的膨胀速度却比普朗克任务得到的速度快5%—10%。

理论物理学家认为,对标准模型进行大量修改可以解释这样的差异。2年前,美国约翰霍普金斯大学的宇宙学家马克·卡米翁科夫斯基和同事们则表明,可以向标准模型中额外添加一个角色——“早期暗能量”。“早期暗能量”可能是一种类似液体的东西,当它在宇宙大爆炸后几十万年内消失之前,会渗透到宇宙中。

仍需不同模型交叉检验

与“普通的”暗能量不同,“早期暗能量”不会强到导致宇宙加速膨胀。但它会让宇宙大爆炸时产生的等离子体以更快的速度冷却。这将影响科学家解释CMB的方式——特别是涉及用整个宇宙的等离子体冷却成气体之前,声音在其中传播的距离,来计算宇宙年龄和宇宙膨胀速率(即重子声学振荡相关问题),普朗克任务和其他类似的观测,正是用这种效应在天空中留下的印记来进行计算。

此次最新研究发现,相比于宇宙学标准模型,带有“早期暗能量”的宇宙学模型更能符合ACT在CMB中观测到的偏振信息。希尔表示,用“早期暗能量”模型来解释ACT观测到的CMB数据,宇宙的年龄将会是124亿岁,比用标准模型计算出的138亿岁小了11%。因此,现在宇宙膨胀的速率应该比标准模型预测的快5%,与天文学家计算得到的结果更为接近。

但普朗克任务团队的一名成员却提醒道,ACT的数据和普朗克团队计算出的数据不一致;尽管ACT的偏振数据支持“早期暗能量”的存在,但目前还不清楚主要数据集——CMB的温度分布——是否表现出同样的偏向。她补充道,出于这些原因,用SPT的数据对结果进行交叉检验是十分必要的。

美国芝加哥大学的天文学家温迪·弗里德曼说:“追求不同的模型,并将其和标准模型进行对比,这非常重要。”

(Davide Castelvecchi撰文,王昱翻译,据《环球科学》)

相关新闻

    推荐阅读