意想不到的宇宙聚集可能会推翻我们对宇宙的最佳理解

黄俊琼

哈勃太空望远镜的深空。(图片来源:美国国家航空航天局/欧空局)

（）据美国太空网（本·特纳）：一项对2500多万个星系的调查发现，天文学家测量宇宙聚集度的方法存在奇怪的矛盾，这可能会威胁到描述宇宙形成和演化的标准宇宙学模型。

这种差异是通过测量遥远星系的强大引力场对光的扭曲而发现的，表明宇宙并没有之前预测的那么紧密。

如果测量是准确的，它将加入哈勃张力，成为对我们关于宇宙如何演化的先入之见的又一个重大挑战——这可能让位于新的物理学，甚至是一个完全不同的宇宙模型。研究人员在12月11日的《物理评论d》杂志上发表了他们的发现。

“我们在这里仍然相当谨慎，”普林斯顿大学天体物理科学系主任迈克尔·施特劳斯在一份声明中说，他是发现这一现象的团队的领导人之一。“我们并不是说我们刚刚发现现代宇宙学是完全错误的。统计数据显示，只有20分之一的几率是偶然的，这很有说服力，但并不完全确定。但是，随着我们天文学界在多次实验中得出相同的结论，随着我们继续进行这些测量，也许我们会发现它是真实的。”

根据宇宙学的标准模型，在大爆炸之后，年轻的宇宙是一个翻滚的等离子体肉汤，由于一种称为暗能量的无形力量，它开始迅速膨胀。随着宇宙的增长，与光相互作用的普通物质凝结在看不见的暗物质周围，形成了第一个星系，由一张巨大的宇宙网连接在一起。现在宇宙学家认为普通物质、暗物质和暗能量分别约占宇宙的5%、25%和70%。

然而，这幅图也存在越来越多的问题。为了测试他们的模型，天文学家经常将过去和现在的宇宙进行比较。他们过去的测量是从宇宙微波背景(CMB)中提取的，CMB是宇宙大爆炸后380，000年离开其源头(重组原子)的宇宙第一缕光的静态嘶嘶声。

然而，从CMB预测的哈勃常数——一个追踪宇宙膨胀速率的值——与从当代宇宙中的天体得出的计算结果不一致。这种差异导致了宇宙学中的危机，即哈勃张力。

关于宇宙整体性的新差异集中在一个叫做S8的数字上，它测量了宇宙中有多少物质聚集在一起。在使用普朗克卫星研究宇宙微波背景(CMB)后，天文学家先前将数据插入宇宙学的标准模型，并获得了0.83的S8预测值。

这与使用日本斯巴鲁望远镜对S8的新测量相冲突，该望远镜研究了星系中物质的存在对光的扭曲程度。研究人员采用了它的结果，得出了一个更小的S8值0.77。这一新结果被另外两项利用引力透镜绘制宇宙物质的合作所复制——暗能量巡天和千度巡天——使得单个异常结果不太可能出现。

参与分析的普林斯顿大学副研究员阿伦·卡纳瓦迪(Arun Kannawadi)在声明中说:“我们正在证实社区中越来越多的人认为，早期宇宙(从CMB测量)和'仅仅' 90亿年前的星系时代的测量结果之间存在真正的差异。”

尽管这个问题指出了我们对宇宙的理解中的另一个大洞，宇宙学家还没有很好的方法来填补它。有可能宇宙学家对宇宙中暗物质的数量或者它是如何聚集在一起的看法是错误的。也许暗能量在宇宙的生命过程中发生了变化——这一解释将通过对宇宙学标准模型的调整来解决S8和哈勃张力。

或者，最令人兴奋的是，这可能意味着标准模式被打破了，需要彻底更换。为了让科学家们确定这一点，他们将利用更强大的望远镜进行更精确的测量。两个这样的竞争者是智利的Vera C. Rubin天文台和Nancy Grace Roman太空望远镜，它们将分别于2025年和2027年上线。