新浪科技訊 北京時間5月26日消息，據國外媒體(ti) 報道，近年來的研究預示著，宇宙學的標準模型可能需要重寫(xie) 。兩(liang) 種截然不同的宇宙“稱量”方法產(chan) 生了迥異的結果，而如果更精確的測量不能解決(jue) 這一差異，物理學家可能不得不修改宇宙學的標準模型——我們(men) 目前描述宇宙的最合理模型。

　　德國波鴻魯爾大學的天文學家亨德裏克·希爾德布蘭(lan) 特（Hendrik Hildebrandt）說：“如果這真的預示了標準模型的崩潰，那將很可能是革命性的。”

　　過去幾年，對所謂的哈勃常數（即如今宇宙膨脹的速度）的兩(liang) 次獨立計算，也引發了人們(men) 對標準模型正確性的類似擔憂。這兩(liang) 次測量結果並不一致，二者的差異也被稱為(wei) “哈勃衝(chong) 突”（Hubble tension）。

　　新的宇宙稱量結果之間的差異被稱為(wei) “sigma- 8衝(chong) 突”（sigma-eight tension），涉及測量宇宙中物質的密度和聚集的程度。該結果以一個(ge) 名為(wei) sigma- 8的參數來描述。為(wei) 了計算sigma- 8，希爾德布蘭(lan) 特和同事們(men) 采用了“弱引力透鏡效應”進行測量。在這種效應中，來自遙遠星係的光線由於(yu) 星係和地球之間物質的引力作用而稍稍向地球的望遠鏡彎曲。

　　由此產(chan) 生的變形非常微小，幾乎不會(hui) 改變單個(ge) 星係的形狀。但是，如果你將某片天空中成千上萬(wan) 個(ge) 星係的形狀平均起來，就會(hui) 出現微弱的透鏡效應。假設星係相對於(yu) 地球的方向是隨機的，那它們(men) 的平均形狀應該接近圓形。換言之，如果沒有弱透鏡效應，星係的平均形狀將是圓形的；但由於(yu) 這種效應的輕微扭曲，星係的平均形狀轉而向橢圓傾(qing) 斜。

　　在觀測某一片天空中多個(ge) 星係豐(feng) 富的區域時，天文學家可以利用弱引力透鏡效應信號來估計中間物質（包括常規物質和暗物質）的數量和分布。換句話說，他們(men) 設法對宇宙的物質密度進行了測量。

　　不過，精確的測量還需要更多的信息，首先就是每個(ge) 被研究的星係之間的距離。通常情況下，天文學家通過測量一個(ge) 星係的光譜紅移來計算它與(yu) 另一個(ge) 星係的距離。紅移是指星係的光向光譜中較長的紅色波長偏移的量；紅移越大，物體(ti) 離觀測者就越遠。

　　然而，在處理數以百萬(wan) 計的星係時，測量單個(ge) 光譜的紅移是極其低效的。因此，希爾德布蘭(lan) 特的團隊采用了一種名為(wei) “光度紅移”的方法，即以不同波長（從(cong) 光學波段到近紅外波段）拍攝同一片天空的多幅圖像。研究人員利用這些圖像來估計每個(ge) 星係的紅移。“它們(men) 的效果不像傳(chuan) 統的光譜紅移那麽(me) 好，”希爾德布蘭(lan) 特說。“但就望遠鏡的時間而言，它們(men) 的效率要高得多。”

　　在整個(ge) 分析過程中，研究小組使用了9個(ge) 波段（4個(ge) 可見光波段和5個(ge) 近紅外波段）的數百平方度天空（滿月直徑約為(wei) 半度）的高分辨率圖像。這些圖像涉及大約1500萬(wan) 個(ge) 星係，由歐洲南方天文台的“千度巡天”（Kilo-Degree Survey，簡稱KiDS）和“VISTA千度紅外星係巡天”（VISTA Kilo-Degree Infrared Galaxy Survey，簡稱VIKING）采集，利用的是歐南台位於(yu) 智利帕瑞納天文台的兩(liang) 台小型望遠鏡。

　　VIKING的數據支持了KiDS的數據集，提供了近紅外波段對同一天空區域的多次觀測結果。一個(ge) 星係的距離越遠，它遠離我們(men) 的速度就越快。這導致更多的星係光線被紅移到近紅外範圍，因此僅(jin) 僅(jin) 依靠光學觀測是不夠的。紅外觀測可以捕捉到更多來自這些星係的光，從(cong) 而更好地估計它們(men) 的光度紅移。

　　為(wei) 了確保光度紅移盡可能準確，天文學家根據少數相同星係的光譜紅移測量結果對這些觀測結果進行了校準。這些光譜紅移測量是由帕納瑞天文台的8米甚大望遠鏡（VLT）和夏威夷莫納克亞(ya) 山的10米凱克望遠鏡完成的。

　　美國約翰霍普金斯大學的天體(ti) 物理學家、諾貝爾獎得主亞(ya) 當·裏斯（Adam Riess）對KiDS研究人員的努力表示讚賞。他說：“他們(men) 最新的結果使用了紅外數據，在追蹤透鏡效應規模，以及獲得可靠的光度紅移方麵，這可能效果更好。”

　　利用覆蓋了大約350平方度天空的綜合數據，天文學家估計了參數sigma- 8的大小。他們(men) 發現的數值與(yu) 歐洲空間局普朗克衛星對宇宙微波背景輻射（CMB）的觀測值相衝(chong) 突。CMB被認為(wei) 是宇宙中最早的可觀測光，在大爆炸後約38萬(wan) 年時發出。普朗克衛星繪製了宇宙微波背景輻射在天空中點對點的溫度和偏振的變化。利用這張圖，宇宙學家就可以計算早期宇宙的sigma- 8值。再利用宇宙學的標準模型（宇宙由5%的普通物質，27%的暗物質和68%的暗能量組成），他們(men) 就可以推算出超過130億(yi) 年的宇宙演化過程，從(cong) 而估算出今天的sigma- 8值。

　　衝(chong) 突便由此而來。希爾德布蘭(lan) 特的弱透鏡效應研究估計sigma- 8約為(wei) 0.74，而普朗克衛星的數據顯示這個(ge) 值約為(wei) 0.81。希爾德布蘭(lan) 特說：“大約有百分之一的可能性是，這種（衝(chong) 突）是一種統計漲落。”統計漲落相當於(yu) 數據中的隨機噪聲，可能與(yu) 實際信號相似，也可能隨著數據的增加而消失，“這還不是需要擔心到完全失眠的事情。”

　　確實還沒有到這種程度。在一個(ge) 或兩(liang) 個(ge) 團隊的計算中也可能存在係統性的誤差。在研究人員發現任何此類誤差之後，這種衝(chong) 突可能就消失了。

　　結果也可能不會(hui) 如此，正如所謂的“哈勃衝(chong) 突”。隨著天文測量變得越來越精確，哈勃衝(chong) 突的統計顯著性隻會(hui) 越來越大，讓不少焦慮的理論物理學家徹夜難眠。“sigma- 8衝(chong) 突可能也會(hui) 發生非常類似的情況，”希爾德布蘭(lan) 特說，“一切都是未知數。”

　　亞(ya) 當·裏斯領導的一個(ge) 團隊利用對鄰近宇宙中超新星的測量值來估計哈勃常數，他把sigma- 8衝(chong) 突比作“哈勃衝(chong) 突的弟弟或妹妹”。現在認為(wei) ，這種衝(chong) 突具有統計學意義(yi) ，純屬意外的概率不超過350萬(wan) 分之一。sigma- 8衝(chong) 突是統計偏差的概率隻有百分之一，幾年前的哈勃衝(chong) 突也是如此。“所以它其實還沒有那麽(me) 顯著，但值得關(guan) 注，尋找可能的聯係，”裏斯說道。

　　如果sigma- 8衝(chong) 突上升到與(yu) 哈勃衝(chong) 突相同的統計相關(guan) 性水平，那麽(me) 重新評估宇宙學標準模型的壓力可能就會(hui) 大到不容忽視。在這一點上，宇宙學家可能不得不求助於(yu) 新的物理學，使普朗克衛星的估計值與(yu) 如今對宇宙參數的直接測量保持一致。“這將是一個(ge) 令人興(xing) 奮的選擇，”希爾德布蘭(lan) 特說道。

　　對標準模型的潛在“新物理學”修正可能包括改變暗能量或（和）暗物質的數量和性質，以及調整它們(men) 之間，以及與(yu) 常規物質之間的相互作用方式，甚至包括其他更奇異的修正。裏斯說：“一些改進宇宙模型以解決(jue) 哈勃常數衝(chong) 突的理論使這一切（sigma- 8衝(chong) 突）變得更糟。有些理論則做得更好。”

　　希爾德布蘭(lan) 特也認為(wei) 目前還沒有明顯的解決(jue) 方案。“如果有一個(ge) 令人信服的模型，或許人們(men) 會(hui) 跟風，”他說，“但是現在，我不認為(wei) 有這樣的模型。作為(wei) 觀測者，我們(men) 真的有責任提高（sigma- 8衝(chong) 突）的顯著性，或者證偽(wei) 它。”

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