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关于宇宙膨胀的神秘感随着新数据而加深

来源:nature2020-07-20

nature 2020-07-20

早期宇宙的新地图强化了一个长期存在的天文学难题,即宇宙膨胀的速度。这些数据是使用望远镜在智利阿塔卡马沙漠中收集的,该数据备份了先前对宇宙年龄,几何形状和演化的估计。但是,这些发现与星系彼此之间飞行速度的测量结果相冲突,并预测宇宙的扩张速度应该比目前观察到的慢得多。

阿塔卡马宇宙望远镜(ACT)绘制了宇宙微波背景(CMB),即大爆炸的辐射“余辉”。调查结果的基础上,收集2013年至2016年的数据,公布在7152个预印本上的arXiv12

CMB辐射来自太空的各个方向,但并非完全均匀:它在整个天空中的变化表明,早期宇宙的温度略有不同,相差不到0.03开尔文。在过去的二十年中,宇宙学家利用这些微小的变化以及他们称为标准模型的既定理论来计算宇宙结构和演化的一些关键特征,包括其年龄和物质密度。

宇宙学家还使用这些变化量来预测宇宙当前的膨胀速度,这是美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)提出的哈勃常数。

欧洲航天局的普朗克望远镜以前所未有的精度绘制了 2009年至2013年整个CMB天空的影像,其观测结果被视为CMB宇宙学的黄金标准。ACT数据现在证明了普朗克的发现,并为哈勃常数产生了非常相似的值。

CMB辐射来自太空的各个方向,但并非完全均匀:它在整个天空中的变化表明,早期宇宙的温度略有不同,相差不到0.03开尔文。在过去的二十年中,宇宙学家利用这些微小的变化以及他们称为标准模型的既定理论来计算宇宙结构和演化的一些关键特征,包括其年龄和物质密度。

宇宙学家还使用这些变化量来预测宇宙当前的膨胀速度,这是美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)提出的哈勃常数。

欧洲航天局的普朗克望远镜以前所未有的精度绘制了 2009年至2013年整个CMB天空的影像,其观测结果被视为CMB宇宙学的黄金标准。ACT数据现在证明了普朗克的发现,并为哈勃常数产生了非常相似的值。

英国卡迪夫大学的宇宙学家Erminia Calabrese说,ACT是第一个可能挑战普朗克结果的地面CMB实验。该望远镜的设计和位置恰好位于热带地区,因此它可以比其他通常只限于较小区域的其他地基或气球载运的望远镜绘制更多的CMB天空。

卡拉布雷斯说,大范围绘制天空对于计算宇宙膨胀的关键参数至关重要。新泽西州普林斯顿大学的首席研究员Suzanne Staggs说,ACT的另一个优势是,2013年进行了升级,可以精确测量CMB辐射的极化。极化数据揭示了前景中的星系如何影响CMB的行进方式,并有助于使宇宙学测量更加精确。

“这是我们第一次有两个独立的数据集,它们的精确度足以进行比较,” Calabrese说。她也是普朗克团队的一员,她说这两个实验的哈勃常数预测值在0.3%以内一致,这让我感到宽慰。

普林斯顿大学的理论物理学家保罗·斯坦哈特(Paul Steinhardt)说,ACT和普朗克之间就哈勃常数达成的协议是“一个真正的重要里程碑”。他补充说:“新数据的质量及其分析给我留下了深刻的印象。”

“拥有独立的检查总是很好,我认为这确实可以提供,”伊利诺伊州芝加哥大学的天文学家,标准烛光先驱Wendy Freedman说。马里兰州巴尔的摩市约翰霍普金斯大学的天文学家亚当·里斯(Adam Riess)领导了许多标准蜡烛的前沿研究,他说ACT数据与普朗克的协议“令人放心”,“证明了实验者的素质” “工作和细心”。

但是哈勃常数的张力仍然存在。由多个团队(包括Freedman领导的一个团队)开发的技术可以帮助解决该问题。斯坦哈特认为,随着实验主义者完善他们的方法,这些测量最终将收敛。

但是里斯说,也许是宇宙学的标准模型反而是错误的。“我的直觉是,正在发生一些有趣的事情。”

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