西班牙《趣味》月刊网站4月29日刊登题为《宇宙中正在发生一些奇怪的事情,这可能会改变我们对宇宙演化的认知:星系形成并未遵循预期规律》的文章,作者是欧亨尼奥·曼努埃尔·费尔南德斯·阿吉拉尔,内容编译如下:
自从人类能够仰望星空以来,我们就一直在思考周围一切是如何产生的。通过捕捉宇宙最古老光线的望远镜和精确的星系地图,科学已经成功重新描述了宇宙的历史。然而最新的研究表明,这段历史可能还有未知篇章:宇宙似乎比模型预测的“聚集程度”要低。
由乔舒亚·金和马修·马达瓦舍里尔领导的研究团队发现了宇宙结构演化中一个微小但耐人寻味的差异。利用阿塔卡马宇宙学望远镜(ACT)和暗能量光谱仪(DESI)的数据,他们发现宇宙中物质的聚集方式与预期略有不同。这种差异虽然微妙,但为解释暗能量等力量影响的新理论打开了大门。
这项研究基于一种可以比作全身医学扫描的技术,但规模是宇宙级的。科学家使用阿塔卡马宇宙学望远镜捕捉宇宙最古老的光线——宇宙微波背景辐射,这是宇宙在仅38万岁时的“快照”。正如乔舒亚·金在研究中所解释的,宇宙微波背景辐射就像是“宇宙的婴儿照”,记录了其最初时刻的原始状态。
宇宙微波背景辐射的轨迹并非直线,而是被巨大宇宙结构的引力所偏折,这种现象被称为引力透镜效应。通过测量这些偏折,研究人员可以推断出不同时期物质的分布情况。
与此同时,团队还参考了暗能量光谱仪的数据,这个雄心勃勃的项目绘制了数百万个附近星系的地图,特别是所谓的亮红外星系。这些星系就像是宇宙里程碑,可以追溯结构随时间的分布情况。将两组数据叠加,科学家能够前所未有地观察宇宙从婴儿期到现今的演化过程。
在比较原始光线图与现今星系分布时,团队发现了一个意外结果:如果标准模型完全准确,宇宙似乎比模型预测的“聚集程度”要低。
这一观察是通过一个名为σ8(西格玛八)的参数来表达的,该参数测量物质密度波动的幅度。σ8值较低表明物质的聚集程度低于预期。根据论文所述,“我们的结果与普朗克卫星对早期宇宙测量的推断在1.2σ(标准差)范围内一致”,但研究人员也承认在最近时期的数据中存在轻微偏差。
这个微小偏差虽然仍在可接受范围内,但引发了关于宇宙结构增长是否遵循预期速度的疑问。正如研究本身所述的“红移最低的区间显示出最大的均值差异”,指的是在宇宙演化最近阶段,差异更为明显。
在敲响警钟之前,科学家们表现得非常谨慎。目前还不能断言我们面对的是新物理学。用研究团队的话说,这种差异“还不足以确凿地暗示新物理学的存在”。
不能排除这一切都是统计波动的可能性。科学需要谨慎,特别是在宇宙学这样敏感的领域,微小异常很可能被测量误差或所使用模型的局限性所掩盖。
尽管如此,多个独立测量都检测到类似(微小)偏差的事实正在引起科学界日益增长的关注。下一步将是验证这些差异是否持续存在,并通过新数据得到加强。
可能导致这一异常的因素之一是暗能量,这种神秘实体推动着宇宙膨胀加速。一些研究人员认为,暗能量可能正在以我们尚未完全理解的方式影响宇宙结构的形成。
另一种因素就是,或许存在未被爱因斯坦广义相对论涵盖的引力新特性,尽管目前这一假设非常具有推测性。
未来几年将至关重要。智利西蒙斯天文台等新望远镜有望更精确地测量这些变化,从而确认或排除检测到的异常。
目前这一发现尚未动摇宇宙学标准模型的支柱。宇宙大体上仍如理论预测的那样运行。但这一叙述中的微小裂缝以及物质聚集中的轻微偏差提醒我们,科学总是在已知与未知的边界上前进。
虽然检测到的偏差可能是偶然结果,但也可能是我们现有理论需要修订或扩展的第一个线索。这并不是第一次在数据中观察到的小细节可能最终彻底改变我们对宇宙的理解。
随着新仪器以及越来越雄心勃勃的项目的推进,也许我们很快就能知道,这个“宇宙年鉴”中的小错误是单纯的轶事,还是指向更深奥、更迷人物理学的最初迹象。(编译/韩超)