新发现挑战宇宙学模型

作者: 不⼆北⽃

来源: https://news.uchicago.edu/story/scientists-release-newly-accurate-map-all-matter-universe

发布日期: 2023-02-04 20:33:41

科学家通过分析来自暗能量巡天(DES)、南极点望远镜(SPT)和普朗克卫星(Planck)的数据,发布了关于宇宙中物质分布的最精确测量结果之一,对一些关键的宇宙学参数提出了最新的约束。研究显示,宇宙的涨落似乎比宇宙学的标准模型所预测的要少一些,这表明现有的宇宙学模型可能存在缺失的部分。

宇宙中所有的物质都始于大约138亿年前的⼤爆炸。⾃那之后,这些物质⼀直向外扩散、冷却,并聚集在⼀起,它们不断演化,逐渐形成了我们今天熟知和喜爱的⾏星、恒星和星系。⼀直以来,科学家都热衷于追踪这些物质的路径,通过观察所有物质的最

终位置,绘制这些物质的分布,就可以试图推演出它们在什么样的⼒的作⽤下经历了怎样的变化,从⽽来了解究竟是什么塑造了宇宙的演化。

宇宙学参数描述了宇宙中物质的演化。科学家⽤这些参数来描述宇宙的性质,⽐如宇宙的膨胀率和曲率等等。要测量这些参数,第⼀步就是利⽤天⽂望远镜来收集⼤量数据。然⽽,⽤于确定这些参数的测量中的噪声,会给数据带来不确定性,从⽽导致对参数值的不精确推断。

1⽉31⽇,来⾃暗能量巡天(DES)合作组和南极点望远镜(SPT)合作组的科学家在《物理评论D》上发表了三篇论⽂。150多名研究⼈员通过联合分析来⾃DES、SPT和普朗克卫星(Planck)的巡天数据,发布了迄今为⽌关于宇宙中物质分布的最精确测量结果之⼀,对⼀些关键的宇宙学参数提出了最新的约束。

DES位于智利的⼭顶,对天空进⾏了6年的巡天观测,⽬标是为推动者宇宙加速膨胀的暗能量的性质提供更好的约束。SPT则是⼀座位于南极的亚毫⽶天⽂台,其使命是探寻暗能量,以及寻找如今仍弥漫在天空中的宇宙微波背景(CMB)。DES和SPT的观测范围有所重叠,但它们是截然不同的天⽂调查。欧洲空间局的Planck则是欧洲⾸个旨在研究CMB的天⽂任务。

将这三种不同的观测数据结合起来的做法是⼀种更加可靠的测量⽅法,因为它可以缩⼩因其中⼀种测量形式存在错误⽽导致的不准确观测结果的可能性,起到交叉检查的作⽤。研究⼈员对这些数据的分析都着眼于⼀种被称为引⼒透镜的现象。这是⼀种当光在宇宙中传播时,在经过具有很⼤引⼒的天体(⽐如星系)时,光的路径会发⽣轻微弯曲的现象。利⽤这种⽅法,可以同时捕捉到普通物质和暗物质,因为这两种物质都会产⽣引⼒。

科学家严格分析了来⾃三个不同的天⽂望远镜的观测数据,并推断了所有物质最终在宇宙中的位置。与过去的⼀些分析相⽐,新研究的测量结果更加精确,也就是说,它进⼀步缩⼩了物质的可能形成范围。

整体说来,新研究所提供的⼤多数结果,都与⽬前公认的最佳宇宙理论完全吻合。但也有“裂缝”存在的迹象。这些“裂缝”意味着⽬前宇宙中的涨落似乎⽐宇宙学的标准模型所预测的要少⼀些。通过⽐较暗能量巡天望远镜(左)与南极点望远镜和普朗克卫星(右)的数据,研究⼩组可以推断出物质是如何分布的。

简单说来,这就好⽐你有⼀个包含⽬前所有公认的物理定律的模型,然后从宇宙之初开始运⾏这个模型,让其随着时间向前推演⾄今,最终你得到的结果看起来与实际测量的结果略有不同。具体来说,这种不同就在于,宇宙并不像宇宙学标准模型所预测的那样呈“团块”(聚集在某些区域,⽽⾮均匀分布)。这样的结果进⼀步证明了,⽬前我们所拥有的最好的宇宙学模型,仍可能存在缺失的部分。

科学家表示,如果未来在其他研究中继续发现这样的结果,将意味着我们现有的宇宙模型中可能真的有遗漏的信息。但这些结果还没有达到科学家所认为的牢不可破的统计学⽔平。因此还需进⼀步确认。然⽽,这是⼀项⾥程碑式的成果,因为它从⾮常不同的望远镜数据中获得了有⽤的信息。这对天体物理学家来说是⼀个⿎舞,因为在未来⼏⼗年⾥,会有更多的⼤型望远镜投⼊使⽤,这意味着越来越多的研究可以采⽤这样⼀种分析策略。

这次的研究成果既让科学家体会到了进⾏这些分析所⾯临的挑战,也让更多科学家知道了进⾏这些分析的好处。当将这些从不同的⻆度观察宇宙的数据结合在⼀起时,我们有望发现更多的惊喜。

UUID: d7eae815-c3cd-45c3-9280-663016489d3a

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/原理公众号-pdf2txt/2023年/原理_2023-02-04_新发现挑战宇宙学模型.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0048 元