天文學家觀察暗物質分布發現:120多億年前,宇宙的物理學規律和現在不一樣?

天空之城 2022/08/05 檢舉 我要評論

近日日本天文學家利用引力透鏡效應,對宇宙誕生15億年后宇宙中的暗物質分布情況進行了觀測。

暗物質不發光,也不吸收光,在光面前它就是完全透明的。但它卻能通過引力來扭曲光。光的扭曲程度和扭曲方式,反映了暗物質在空間中的分布情況。引力透鏡效應能夠幫助天文學家看到遙遠的天體,并通過這些扭曲的影像,了解作為透鏡的前景天體附近存在多少看不見的暗物質。

暗物質引力扭曲宇宙微波背景輻射示意圖。名古屋大學

但想觀測宇宙誕生15億年后宇宙中暗物質的分布的情況,就要面臨缺乏背景天體的挑戰。因為這一時代的時空距離我們十分遙遠。

名古屋大學的科學家想出了一個辦法,他們將「宇宙大爆炸的余暉」——宇宙微波背景輻射作為了背景參考物。

他們首先用「昴星團超極相機巡天項目」提供的數據,識別出了大約150萬個昏暗而遙遠的星系。然后觀察它們如何使普朗克衛星微波背景輻射中的光子發生偏轉。通過這種方式,他們繪制了有史以來第一幅基于實測數據的早期宇宙暗物質分布(數據)圖。

普朗克衛星采集的宇宙微波背景輻射。ESA

這幅暗物質分布(數據)圖可能會為破解宇宙本質之謎提供線索。

當前的標準宇宙學模型認為,在[大尺度]上,宇宙在暗能量的驅動下膨脹,宇宙中的星系在互相遠離;但在相對的小尺度上,物質和暗物質產生的引力拉動著星系相互靠攏聚集。同樣根據這一理論,在宇宙形成的早期,宇宙微波背景波動的尺度與星系聚集的尺度直接相關,后者能夠反映早期宇宙中星系的聚集程度有多高。

而名古屋大學的觀測結果顯示,早期宇宙中星系的聚集程度與標準宇宙學模型的預言有所不符——實際觀測到的星系聚集程度略低于理論預言。

目前該研究中的不確性尚未被排除,得出確切的結論為時尚早。星系的聚集程度被錯誤低估的可能性是存在的。但是如果被確認,要麼意味著我們的理論有問題;要麼就意味著在宇宙的早期,在距今120多億年前,宇宙中的物理學定律可能與今天有所不同。將此與宇宙加速膨脹等奇怪趨勢結合起來體會,天文學家們也許可以發現一點什麼。

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