“早期”暗能量能解释宇宙膨胀之谜吗?

“暗能量是当今宇宙中假设的一种能量来源，根据我们对宇宙的最佳理解，暗能量约占宇宙总能量的70%，”他解释道格伦斯达克曼他是著名的大学教授，也是凯斯西储大学物理系的联合主席。

斯塔克曼说:“它存在的主要证据是宇宙在过去数十亿年里一直在加速膨胀。”“为了驱动这样的膨胀，需要一种能量来源，它不会随着宇宙的膨胀而变得更稀(或稀释得很少)。这就排除了大多数能量的来源，如普通物质或暗物质，随着宇宙变大，两者的密度都在减小。暗能量最简单的模型是，它是与真空有关的不变的能量密度。因此，如果空间膨胀，暗能量的密度将保持不变。”

但是，有很多事情是这样的原因不明的关于暗能量，包括为什么它一直不存在。即使在标准模型中包含暗能量，也无法解决宇宙膨胀的两种测量之间的差异。

但有两项新的尚未发表的研究，都是基于2013年至2016年间收集的数据阿塔卡马宇宙望远镜(ACT)这句话可能会帮助你找到解决问题的办法。研究人员认为，他们发现了一种存在于大爆炸后30万年的“早期”暗能量的痕迹。最近的文章在大自然中大卫。Castelvecchi首先公布了这两篇论文，一个由ACT团队和其他由一个独立的组织，包括维维安保林他是法国蒙彼利埃大学的天体物理学家，他的同事是斯沃斯莫尔学院的tristtian L. Smith和Alexa Bartlett。

这个想法早期暗能量最初几年前求婚的由约翰霍普金斯大学的博士后波林、史密斯和他的同事共同完成，作为解决这个问题的一种方式。

“早期暗能量是暗能量的另一种形式，也就是说，与导致今天加速膨胀的暗能量没有明显的关系，”斯塔克曼解释说。EDE“在很久以前的宇宙中扮演着重要的角色，当时宇宙比现在小1万倍，温度也比现在高。”他说，这是一个概念，“被设计出来是为了解决关于宇宙膨胀率历史的某些神秘分歧。”

正如《自然》杂志的文章所解释的那样，早期的暗能量不会强大到足以导致数十亿年后宇宙的加速膨胀。相反，它会间接地影响它，通过引起基本粒子的混合等离子体在大爆炸后不久形成，以便更快地冷却。反过来，这将影响宇宙微波背景的测量方式——特别是基于声波18新利最新登入在等离子体冷却成气体之前可以在等离子体中传播多远来测量宇宙的年龄和膨胀率——并导致更快的膨胀率，更接近天文学家根据天体计算的结果。

早期暗能量是一个棘手的理论解决方案，但作为约翰·霍普金斯大学的理论物理学家，“这是我们唯一可以工作的模型”马克Kamionkowski2018年早期暗能量论文的作者之一向《自然》杂志解释道。

这两项研究可能有助于支持早期暗能量的观点，但其中一名研究人员表示，他仍然不完全信服，并警告说，需要做更多的工作才能得出明确的结论。

哥伦比亚大学物理学助理教授说:“我一直对早期的暗能量模型持怀疑态度，因为它们在匹配宇宙中星系和物质的大规模分布(‘大规模结构’或LSS)的高精度测量时遇到了问题。科林·希尔ACT团队研究的合著者之一在一封电子邮件中指出。(希尔对这一概念的质疑反映在这篇论文他在2020年与人合著了这本书之后的一篇论文他还提到另一篇论文其他研究人员也提出了类似的问题。)

“从上面链接的三篇论文中得出的结论是，早期的暗能量模型符合CMB数据和Riess等人的H0数据，对LSS的预测与这些调查的数据不匹配，”希尔在电子邮件中写道。“因此，我们得出结论，可能需要一个不同的理论模型，或者至少对早期暗能量场景进行一些修改。”

在Hill和ACT同事刚刚发表的新研究中，他们没有在分析中考虑LSS数据，而是几乎完全集中在CMB数据上。“我们的目标是看看普朗克和ACT CMB数据是否在早期暗能量背景下给出了一致的结果。我们发现它们给出的结果有些不同，这是一个主要的谜题，我们现在正在努力工作，试图理解。从我的角度来看，早期暗能量情景的LSS问题仍然没有解决。”

希尔解释说:“此外，普朗克数据本身(仍然是宇宙学中最精确的数据集)并没有显示出对早期暗能量的偏好。”18新利最新登入“因此，尽管我们在ACT数据中看到了早期暗能量的暗示，但我仍然对这个模型是否真的是最终的故事持谨慎态度。我们需要更多的数据才能找到答案。”

如果暗能量真的存在，那么早期的暗能量应该与目前宇宙膨胀速度的驱动力类似。但这仍然需要对理论模型进行重大的重新思考。

希尔说:“主要的区别在于，这种早期的暗能量必须只在宇宙历史上扮演一个短暂的角色，然后必须‘消失’。”“为了实现这一点，我们构建了一个新场(技术上，一个类轴场)的粒子物理模型，它在重组之前短暂地加速宇宙的膨胀，但随后迅速消失并变得无关紧要。”

希尔继续说:“相比之下，目前关于标准暗能量的主要观点是，它只是一个宇宙学常数，很可能来自真空能量。”“这种形式的能量不随时间而改变。然而，标准暗能量有可能是由于一些18新利最新登入我们还不了解的新的基本领域。在这种情况下，它很可能是随时间变化的，因此它可能与上面讨论的早期暗能量模型有一些相似之处。”

希尔说:“同样，我们需要更多的数据来更精确地探究这些问题，并希望在未来十年找到答案。”“幸运的是，许多强大的实验很快就会上线。”他提到了设施西蒙斯天文台，将研究宇宙微波背景辐射，以及鲁宾天文台和欧几里得而且罗马这些望远镜将收集LSS的新信息。18luck手机登录“看到我们的发现应该是非常令人兴奋的，”他说。

以下是希尔在YouTube上讨论早期暗能量的视频:

斯塔克曼说，重要的是要谨慎对待这种“非同寻常”的说法，除非证据明确且令人信服。正如他所指出的，也有不利于EDE的证据。“目前的结果表明，来自欧洲航天局的两个宇宙微18新利最新登入波背景观测实验数据集之间的紧张关系日益增加普朗克卫星它在上个十年的早期飞行，以及现在的阿塔卡马宇宙学望远镜。前者似乎不支持早期暗能量的观点，而后者现在支持。实验之间的这种紧张关系很常见，也很令人沮丧。人们很容易说，更多的ACT数据将解决这个问题，但简单地用更多的ACT数据来压倒完整的普朗克数据并不能解释为什么普朗克数据不支持EDE。这种紧张关系似乎需要对其中一个实验进行重新理解，以便以某种方式提供一个明确的案例。”

温迪·弗里德曼他是芝加哥大学天文学和天体物理学教授，致力于测量宇宙膨胀，他认为研究各种替代模型很重要。

“我们目前有一个宇宙学的标准模型，所谓的lambda冷暗物质(LCDM)模型，”弗里德曼，这篇文章的作者文章《天体物理学杂志》于2021年9月17日发表了关于哈勃常数的文章，他在一封电子邮件中解释道。“在这个模型中，大约1/3的物质+能量密度是由于物质(其中大部分是暗物质)，2/3是由于暗能量的组成部分。”

“18新利最新登入然而，目前我们还不知道暗物质或暗能量的本质，”弗里德曼继续说。“然而，LCDM为非常广泛的不同实验和观测提供了非常好的适合性。鉴于我们的知识水平，进一步测试标准模型显然很重要。目前从CMB测量中推断出的哈勃常数值与一些局部测量值之间的明显差异可能预示着新的物理学。这就是为什么我说，研究lambda CDM之外的其他模型很重要。”

但弗里德曼补充了一个重要的警告:“或者，可能是一些未知的系统错误导致了这种明显的差异。因此，减少目前哈勃常数测量的不确定性也很重要。”