棘手的大问题对宇宙模型提出新挑战

　　关于宇宙暗物质的一个大问题刚刚变得更加棘手。

　　近期的宇宙观测显示，这种难以捉摸的物质与大爆炸后不久的分布情况相比，现在显得分散了些。这种差异虽然不大，但足以暗示我们有所遗漏，可能在标准宇宙学模型中犯了一些根本性的错误。

　　这是一系列测量结果中最新的也是最全面的一个，凸显出所谓的S8张力问题，并在《物理评论D》杂志的五篇独立论文中被详细阐述。目前为止，我们还没有找到解决方案。

　　“我们并不是说我们发现了现代宇宙学完全错误。统计数据显示这种情况纯属偶然的概率只有5%，这是有说服力的，但并非完全确定。但随着我们天文学界通过多项实验不断得出同样的结论，当我们继续进行这些测量时，或许我们发现这是真的。”

　　通过观察遥远宇宙中的光线数据集，我们可以发现这种差异，从而揭示暗物质的分布情况。其中一个光源是宇宙微波背景辐射(CMB)。它是遍布宇宙的微弱背景微波光，是在大爆炸后数十万年当宇宙初发光时的残留辐射。

　　第二个则是来自夏威夷苏巴鲁望远镜上的Hyper Suprime-Cam(HSC)仪器的六年数据。研究人员使用HSC进行了所谓的弱引力透镜测量。

　　我们无法直接看见暗物质。我们甚至不知道它是什么。但是它对宇宙产生了引力影响，扭曲了时空，进而使穿越它的光线产生了畸变，这意味着我们可以探测到它的存在。

　　天文学家可以通过寻找和分析这些畸变来绘制暗物质分布图，达到极其精确的规模。

　　“这种畸变是一个非常非常小的效应；单个星系的形状被畸变了一点难以察觉的量，”领导其中一项研究的普林斯顿大学天体物理学家Roohi Dalal说。

　　“但当我们对2500万个星系进行这种测量时，我们能够非常精确地测量这种畸变。”

　　HSC在六年间观测了总共330个夜晚的天空，不同的团队以不同的方式分析了数据。它们返回的S8(暗物质的聚集度)值介于0.763和0.776之间——与其他弱透镜测量得到的值相似。

　　而由宇宙微波背景辐射给出的S8值明显更高：0.832。这与我们对宇宙进程的理解相矛盾；宇宙标准模型暗示物质分布应该起初相对均匀，随着天体归结成星系和宇宙网的纤维，随时间变得更加聚集。

　　弱引力透镜的结果不太可能产生自一个错误：不同的仪器和不同的分析一再得到相似的值。

　　作者们在将自己对数据盲目化和保护结果免受偏倚方面做了很多努力。

　　Dalal说：“我在这个分析上工作了一年时间，却没有看到我们得出的值是多少。”

　　但还有其他宇宙学的张力——最著名的就是哈勃张力，即宇宙扩张加速度的不同测量之间未解决的差异。

　　那么问题出在哪儿呢？也许是我们的宇宙模型出了问题。也可能是我们对暗物质的当前模型有误。可能是我们测量错误了某些东西。

　　也许，如果我们解决了其中的一个张力，其他张力也会随之解决。或许不会。但有一点非常清楚：我们对了解宇宙是如何演化的努力似乎遗漏了一些基本的东西。

　　将来，更强大的仪器将允许进行更大规模的调查甚至更精确的测量。只有通过这些，我们才能开始找到这些迷人问题的答案。