模型表明早期的黑暗能量如何解決哈勃的緊張局面

“EDE只是意味著在宇宙學(xué)背景下，這些粒子在比現(xiàn)有暗能量更早的時間內(nèi)像暗能量成分(即具有負(fù)壓的流體)一樣，”Poulin解釋道。“在實踐中，這些粒子會在CMB光子發(fā)射的時間(即大爆炸后僅38萬年)內(nèi)改變宇宙的膨脹率，與標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測相比略微增加(約3%)。”

在他們的研究中，Poulin及其同事計算了在EDE組件存在的情況下CMB的樣子。考慮到普朗克收集的數(shù)據(jù)的精確度并用于計算，研究人員的預(yù)測相當(dāng)詳細(xì)。

“我們需要弄清楚我們的模型將如何表現(xiàn)，演變和波動，以及它將如何影響宇宙微波背景，宇宙中最古老的光線，”參與該研究的另一位研究人員Tanvi Karwal告訴Phys.org。“CMB很復(fù)雜，其形狀必須以數(shù)字方式計算，因此我們將描述EDE的代碼添加到預(yù)先存在的代碼中，以從CMB中提取宇宙學(xué)信息。”

Poulin，Karwal及其同事使用超級計算機對數(shù)十萬種不同的宇宙學(xué)進(jìn)行了采樣。這使他們能夠確定最符合現(xiàn)有宇宙觀測的宇宙學(xué)。他們發(fā)現(xiàn)這種包含EDE組件的新宇宙學(xué)模型可以解決哈勃望遠(yuǎn)鏡的問題。

從本質(zhì)上講，研究人員觀察到，由EDE產(chǎn)生的遙遠(yuǎn)過去宇宙膨脹率的微小變化可以解決哈勃望遠(yuǎn)鏡的問題。在他們的研究中測試的實際模型(僅僅是所謂的玩具模型)可能在本質(zhì)上沒有實現(xiàn)。

“這不是問題，因為在宇宙學(xué)中，真正重要的是這些粒子集合的動力學(xué)特性(更準(zhǔn)確地說，它是它們的總能量密度和壓力)，而不是它們各自的微觀物理特性，”Poulin說過。“事實上，在我們的工作發(fā)表后，已經(jīng)提出了EDE的替代實現(xiàn)，其集體屬性與我們提出的相似。”

總體而言，Poulin，Karwal及其同事的工作有助于目前對EDE何時以及多少具有動態(tài)重要性的理解，這最終可以為更有效的宇宙學(xué)模型的發(fā)展提供信息。鑒于普朗克數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，非常重要的是，在非常早的時間內(nèi)占據(jù)宇宙能量密度高達(dá)10%的流體不會顯著影響CMB，因此表明它確實需要大量的數(shù)值計算。

“這個項目的主要內(nèi)容是異常的宇宙學(xué)觀測可以幫助我們探索新的物理學(xué)，”Karwal說。“這項研究激發(fā)了其他團體研究類似的EDE模型作為哈勃張力的解決方案。我們在完善和理解我們的EDE模型方面還有一些工作要做，但他們也對哈勃張力的不同解決方案感興趣。”

研究人員現(xiàn)在計劃以多種方式進(jìn)一步測試他們的模型。首先，他們希望用它來盡可能多地了解EDE的屬性。實際上，雖然EDE有許多替代模型，但這些模型產(chǎn)生的分辨率并不像新模型產(chǎn)生的那樣有效。Poulin，Karwal及其同事希望了解為什么他們的模型會產(chǎn)生更好的預(yù)測，因為他們的研究結(jié)果突出了數(shù)據(jù)對EDE特征的敏感性。

“我們還想看看這些粒子在宇宙觀測中是否有額外的特征，”Poulin說。“例如，我們已經(jīng)意識到下一代CMB實驗(如西蒙斯天文臺和CMBS4)可以獨立于超新星觀測來測試這個模型。這意味著人們可以毫不含糊地說出這種流體存在于自然界而不需要調(diào)用哈勃望遠(yuǎn)鏡緊張，但我們也發(fā)現(xiàn)，這些模型可以影響星系的合奏，為此，我們有過無數(shù)次觀察的統(tǒng)計特性“。

將來，使用EUCLID衛(wèi)星和LSST望遠(yuǎn)鏡等太空儀器收集的新數(shù)據(jù)可以提高該研究小組收集的測量的準(zhǔn)確性和范圍。研究人員認(rèn)為，這些觀察結(jié)果也可能包含EDE的指紋，但要準(zhǔn)確預(yù)測這種指紋，還需要進(jìn)行額外的工作，這些工作超出了他們所執(zhí)行的數(shù)值計算。