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扭曲的光的暗示为暗能量的本性提供了线索

来源:nature2020-11-30

nature 2020-11-30

宇宙学家说,他们已经发现了古代光在宇宙中移动的方式的一种有趣的扭曲迹象,这可能为暗能量的性质提供线索。暗能量似乎正在推动宇宙以更快的速度膨胀。

他们认为,他们在普朗克太空望远镜收集的宇宙微波背景(CMB)数据中识别出的光扭曲和宇宙的加速可能是由宇宙的精髓产生的,这种奇异的物质普遍存在于宇宙中。宇宙。这样的发现将需要对当前理论进行重大修改,物理学家警告说,证据是暂时的-它不符合用于确定信号是否为发现的“ 5 sigma”阈值。但它强调了这样一个事实,即现代宇宙学对宇宙的内容仍然不完整。

加州理论物理学家肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)说,如果暗能量是一个典型,那么它对膨胀的推动可能会缓慢地消失或消失,甚至可能逆转而成为一种吸引力,从而导致宇宙崩溃为大危机。帕萨迪纳理工学院。我们回到对宇宙将如何结束的零了解的情况。” 这项工作于1123日在《物理评论快报》1进行了报道。

1998年,来自两次超新星的单独调查首次发现了未知力量推动宇宙膨胀加速的直接证据。此后,许多其他研究证实了这种被称为暗能量的力量的存在,但提供了关于其性质的宝贵信息。

研究人员的第一个猜测-仍然是最主要的理论-是暗能量是空间的一种固有性质,这意味着每单位空间体积的暗能量的数量被固定为宇宙常数。但是一些宇宙学家认为,暗能量完全是由其他物质构成的。他们称其为第五元素或以太之后的精粹场,即古希腊哲学家对一种看不见的物质赋予的名称,认为该物质填满了宇宙的所有空白空间。

新罕布什尔州汉诺威市达特茅斯学院的宇宙学家罗伯特·考德威尔(Robert Caldwell)与宇宙学常数不同,精华是一种有形的媒介,它本身具有波动性,他是最早提出这种物质存在的研究者之一2。考德威尔补充说,精粹可能具有介于物质和宇宙常数之间的性质。随着宇宙的膨胀,宇宙常数将保持恒定的密度,而精粹的密度将减小-尽管不如物质密度快,后者随着星系的分布而下降。

1998年,卡罗尔(Carroll)提出了一项关于精粹3的实验性测试,基于这一预测将改变光在太空中的传播方式。由理论物理学家马克·卡米翁科夫斯基(Marc Kamionkowski)领导的小组,现在位于马里兰州巴尔的摩的约翰·霍普金斯大学,然后计算了4如何在CMB中测量这种效果,原始辐射通常被描述为大爆炸的余辉。研究人员建议,有可能通过查看CMB上的偏振光图来检测典型现象。当光的电场在一个特定的方向而不是随机的方向摆动时,它就会偏振。该理论说,精髓扭曲了极化指向的方向,这种方式可以通过观察整个天空的极化来检测。

现在,两位宇宙学家-日本筑波高能加速器研究组织(KEK)的Yuto Minami和德国加辛的马克斯-普朗克天体物理研究所的小松荣一郎-识别了CMB在欧洲航天局的普朗克数据中的签名任务。

普朗克的主要目的是绘制CMB在整个天空中温度变化小,但该任务还测量了辐射的极化。MinamiKomatsu去年使用他们报告的一种新技术能够检测出精髓的迹象5。新泽西普林斯顿大学的物理学家Suzanne Staggs说,他们的研究结果与其他小组的研究结果不同,后者查看了CMB极化图(包括普朗克),没有发现任何扭曲,他的团队使用阿塔卡马宇宙望远镜ACT)测量了CMB辐射。智利。Staggs的团队计划在ACT数据上尝试使用MinamiKomatsu的技术。她说:我们有兴趣探索它。

英国剑桥大学著名的普朗克宇宙学家乔治·埃夫斯塔硫(George Efstathiou)说,这篇论文相当不错的分析,但是普朗克信号中的噪声可能是一个复杂的因素。

理论家也在谨慎地回应。如果它是真实的,那将是巨大的,卡洛尔说。但是他指出,结果的统计意义(仅为2.5 sigma)微弱,并表示,在进一步审查后,这种结果通常会逐渐消失。

Kamionkowski同意。他说:我认为我们可能需要非常仔细地检查所有事情,然后再进行工作。” 他补充说,精髓的存在不仅对宇宙学而且对基础物理学都有影响:粒子物理学的标准模型无法预测任何精髓。

正在进行其他工作以比以往任何时候都更精确地映射CMB极化,并将对典型性进行严格的测试。这些项目包括西蒙斯天文台,目前正在阿塔卡马沙漠中进行的另一项CMB实验以及未来由日本领导的名为LiteBIRD的太空探测器。

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