新型暗能量可解宇宙膨胀之谜

　　来自阿塔卡马宇宙学望远镜的数据表明，在宇宙的最初阶段，存在两种类型的暗能量
　　宇宙学家发现了第二种暗能量的迹象——这种无处不在但神秘的物质正在推动当前宇宙的膨胀加速——可能存在于大爆炸后的最初30万年。
　　两项独立的研究——均在过去一周发布在arXiv预印本服务器上——在智利阿塔卡马宇宙望远镜（ACT）2013年至2016年间收集的数据中初步发现了这种＂早期暗能量＂的踪迹。如果这些发现得到证实，它们可能有助于解决围绕早期宇宙数据的长期难题，而这些数据似乎与今天测量的宇宙膨胀率不符。但是这些数据只是初步的，并不能确定这种形式的暗能量是否真的存在。
　　巴黎天体物理研究所的宇宙学家西尔维亚·加利说：＂有很多理由要谨慎地将这一发现视为新物理学的发现。＂
　　两份预印本的作者——一份由ACT小组发布，另一份由一个独立小组发布——都承认，数据还不足以高置信度地探测早期暗能量。但是他们说，ACT和另一个观测站，南极洲的南极望远镜的进一步观测可能很快提供一个更严格的测试。＂如果这是真的——如果早期宇宙确实具有早期暗能量——那么我们应该看到一个强烈的信号，＂ACT团队论文的合著者、纽约市哥伦比亚大学的宇宙学家科林·希尔说。
　　ACT和南极望远镜都被设计用来绘制宇宙微波背景（CMB），原始辐射有时被描述为大爆炸的余辉。CMB是宇宙学家理解宇宙的支柱之一。通过绘制天空中CMB的细微变化图，研究人员发现了＂标准宇宙学模型＂令人信服的证据。这个模型描述了一个包含三个主要成分的宇宙的演化：暗能量；同样神秘的暗物质，是星系形成的主要原因；普通物质，占宇宙总质量和能量的不到5%。
　　目前最先进的CMB地图由欧洲航天局的普朗克任务提供，该任务在2009年至2013年期间开展。基于普朗克数据的计算——假设宇宙学的标准模型是正确的——准确预测了现在宇宙膨胀的速度。但在过去十年左右的时间里，基于对超新星爆炸和其他技术的观测，对这种膨胀的越来越精确的测量发现其速度快了5-10%。
　　理论家建议对标准模型进行大量修改，以解释这种差异。两年前，马里兰州巴尔的摩约翰霍普金斯大学的宇宙学家马克·卡米恩科夫斯基和他的合作者建议为标准模型添加一种额外的成分。他们的＂早期暗能量＂——这是他们和其他团队多年来一直在研究的一个更精确的想法——将是一种液体，在宇宙大爆炸后几十万年内消失之前，它将渗透到宇宙中。Kamionkowski说：＂这不是一个令人信服的论据，但它是我们能够开始工作的唯一模式。＂
　　早期的暗能量不会像＂普通＂暗能量目前所做的那样强大到足以导致加速膨胀。但这会导致大爆炸产生的等离子体比其他情况下冷却得更快。这将影响CMB数据的解释方式——特别是当涉及到宇宙年龄及其膨胀率的测量时，这些测量是基于声波在等离子体冷却成气体之前能够在等离子体中传播多远。普朗克天文台和类似的天文台利用这次转变后留在天空中的特征来进行这样的计算。
　　两项最新研究发现，ACT的CMB极化图比标准模型更适合包含早期暗能量的模型。希尔说，根据早期暗能量模型和ACT数据解释CMB意味着宇宙现在有124亿年的历史，比使用标准模型计算的138亿年年轻11%。相应地，当前的膨胀速度将比标准模型预测的速度快约5%——接近天文学家今天的计算结果。
　　希尔说，他以前对早期暗能量持怀疑态度，他的团队的发现让他感到惊讶。Vivian Poulin是法国蒙彼利埃大学的天体物理学家，也是第二个基于ACT数据研究的合著者，他说他的团队的分析与ACT团队的分析一致。Kamionkowski说：＂主要作者是非常、非常精明、保守的人，他们真正了解数据和测量结果。＂
　　但加利警告说，ACT的数据似乎与她所属的普朗克团队的计算结果不一致。尽管ACT的极化数据可能有利于早期暗能量，但它的另一组主要数据——CMB温度图——是否显示了这种偏好尚不清楚。由于这些原因，她补充说，使用南极望远镜（她参与的一个实验）交叉检查结果将是至关重要的。
　　Wendy Freedman是伊利诺斯芝加哥大学的天文学家，他对宇宙膨胀的一些最精确的测量做出了贡献，他说，如果初步的话，基于行为的结果是有趣的。＂追求不同的模式很重要＂，并将其与标准模式进行比较，她说。