智利的阿塔卡馬宇宙學(xué)望遠(yuǎn)鏡不僅證實(shí)了宇宙最大的謎團(tuán)之一，還排除了數(shù)十個(gè)試圖解釋該謎團(tuán)的理論模型。

智利的阿塔卡馬宇宙學(xué)望遠(yuǎn)鏡歷時(shí)近二十年，致力于研究宇宙的起源、構(gòu)成以及如何演化至現(xiàn)今狀態(tài)。該天文臺(tái)已于2022年退役，但其最后一批數(shù)據(jù)仍在宇宙學(xué)界引發(fā)震動(dòng)。

最近發(fā)表在《宇宙學(xué)與天體粒子物理雜志》上的一項(xiàng)研究，利用這些數(shù)據(jù)檢驗(yàn)了大約30種關(guān)于宇宙演化的“擴(kuò)展”模型——這些是標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的替代理論。這些替代理論試圖解釋標(biāo)準(zhǔn)模型無法解釋的某些宇宙學(xué)現(xiàn)象，例如“哈勃張力”——即宇宙膨脹速率的不同測量結(jié)果之間存在差異。

研究人員排除了他們所檢驗(yàn)的所有擴(kuò)展模型。與另一項(xiàng)同樣利用ACT最終數(shù)據(jù)證實(shí)了哈勃張力的JCAP研究一同，這些發(fā)現(xiàn)加深了這一宇宙學(xué)謎團(tuán)，讓專家們對推動(dòng)宇宙膨脹的動(dòng)因產(chǎn)生了更多疑問。

“我們對這些模型的評估是完全獨(dú)立的，”卡迪夫大學(xué)的宇宙學(xué)家、檢驗(yàn)擴(kuò)展模型研究的合著者埃爾米尼亞·卡拉布雷塞在一份聲明中說，“我們并非試圖推翻它們，只是想研究它們。結(jié)果很明確：在新的尺度上、通過偏振觀測獲得的新數(shù)據(jù)，實(shí)際上已經(jīng)消除了進(jìn)行這類（模型構(gòu)建）活動(dòng)的空間。這確實(shí)讓理論‘游樂場’縮小了一點(diǎn)。”

加深的宇宙學(xué)謎團(tuán)

測量宇宙膨脹速率（也稱為哈勃常數(shù)）主要有兩種方法。一種是觀測宇宙大爆炸留下的殘余輻射（宇宙微波背景輻射），另一種是觀測本地宇宙中的星系和超新星。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型，這兩種方法應(yīng)該得出相同的數(shù)值。但問題在于，它們得出的結(jié)果并不一致。這本質(zhì)上就是“哈勃張力”。

多年來，研究人員一直試圖解釋這種差異，并提出了許多有趣的假說。另一些人則找到了證據(jù)，表明哈勃張力可能實(shí)際上并不存在。ACT的最新數(shù)據(jù)強(qiáng)化了這一宇宙學(xué)難題的存在，但并未讓專家們更接近解決它。

問題更多，但通往答案的道路更清晰

那么，你可能會(huì)問，“這有什么大不了的？”嗯，首先，用ACT的觀測結(jié)果證實(shí)哈勃張力，意味著我們可以非常確定這個(gè)問題是真實(shí)存在的。

該望遠(yuǎn)鏡以前所未有的精度測量了宇宙微波背景輻射，生成了偏振圖，與歐洲空間局普朗克衛(wèi)星繪制的溫度圖互為補(bǔ)充。相比之下，發(fā)表在第三項(xiàng)JCAP研究中的ACT圖像分辨率遠(yuǎn)高于普朗克衛(wèi)星的圖像。這主要?dú)w功于ACT的主鏡比普朗克的大得多，直徑約20英尺（6米）。

“當(dāng)我們比較這些圖像時(shí)，有點(diǎn)像擦干凈你的眼鏡，”卡拉布雷塞說。因此，ACT的數(shù)據(jù)填補(bǔ)了我們對宇宙微波背景理解的若干空白。

哥倫比亞大學(xué)的宇宙學(xué)家、利用ACT數(shù)據(jù)證實(shí)哈勃張力研究的合著者科林·希爾在同一份聲明中表示：“我們的新結(jié)果表明，從ACT的CMB數(shù)據(jù)推斷出的哈勃常數(shù)與普朗克的數(shù)據(jù)一致——不僅溫度數(shù)據(jù)一致，偏振數(shù)據(jù)也一致，這使得哈勃矛盾更加確鑿無疑?！?/p>

ACT的觀測也讓卡拉布雷塞和她的同事們得以排除許多試圖解釋哈勃張力的擴(kuò)展模型。盡管這縮小了可能性的范圍，但也指明了清晰的前進(jìn)道路。如果這些模型是死胡同，那么是時(shí)候停止追求它們，轉(zhuǎn)而在別處尋找答案了。

ACT的運(yùn)行壽命或許已經(jīng)結(jié)束，但其最終數(shù)據(jù)發(fā)布，對于致力于解決哈勃張力的宇宙學(xué)家們來說，標(biāo)志著一個(gè)新的開端。未來數(shù)年，專家們將繼續(xù)利用這些數(shù)據(jù)，逐步走近對我們這個(gè)不斷膨脹的宇宙的更深刻理解。

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