天体物理学家挑战宇宙学模型

宇宙的时间线。

通过将最新超级计算机模拟的预测与对宇宙本底辐射的复杂统计分析的结果进行比较，两项独立的研究对宇宙学模型提出了挑战。

LJMU天体物理学研究所的天文学家Chris Collins教授和Ian McCarthy博士对当前首选的宇宙学模型是正确的观点提出了质疑。

他们正在部分由科学技术设施理事会资助的两项独立研究中，对宇宙背景辐射和星系团的最新测量结果进行比较。

宇宙大爆炸理论的基石之一是宇宙背景辐射（CBR）。1965年发现的这些电磁波以无害的微波频率不断从各个方向轰击地球。然而，由于宇宙的膨胀，到达这里的辐射已经被冷却到仅比绝对零高2.7度（因为它穿越了深空）。因此，在遥远的过去，温度会更高。这使我们得出结论，即宇宙起源于将近140亿年前，即所谓的“大爆炸”。

由欧洲航天局（ESA）于2009年发射的普朗克测量员卫星是一系列旨在测量CBR在天空中从一个地方到另一个地方的温度变化的最新系列卫星中的最新一颗。这些微小的波动会随着时间的推移而缓慢增长，最终形成我们今天看到的恒星和星系。由于辐射是在宇宙只有380,000岁时才开始的，因此这些测量结果提供了有关宇宙详细组成的重要信息。普朗克提供的宇宙普查结果非常精确，除其他外，我们还可以得出以下准确的估算值：宇宙的年龄（138.2亿年）以及暗物质的量（31.7％）和暗能量（68.3％）。

事实证明，普朗克对称为团簇的最大引力束缚结构也很敏感，该团簇包含数千个独立星系和大量暗物质。然而，奇怪的是，普朗克发现的星团少于基于CBR宇宙学分析所预测的星团。

现在，在独立研究中，柯林斯和麦卡锡最近的工作证实了“普朗克集群问题”，即宇宙中的大质量星团比普朗克最适合宇宙学的预期要少得多，结果引发了人们对普朗克最佳宇宙学的反思。基础模型。

克里斯·柯林斯教授解释说：“我们已经知道卫星发现的星团数量比预期的要少，现在我们通过使用X射线而不是微波辐射，对新的精心构造的，独立的，对大面积天空中约1000个星团的独立调查进行了分析，对此进行了测试。 。我们的发现证实，聚类的数量比基于普朗克CBR分析的预测低约两倍。”

在另一项研究中，Ian McCarthy博士，他的LJMU博士生Amandine Le Brun和合作者检查了CBR的详细统计特性，并得出了相同的结论。

麦卡锡博士解释说：“通过将最新的超级计算机模拟的预测结果与CBR的复杂统计分析结果进行比较，我们对以前的研究采取了完全不同的方法。比较本身非常简单，并且避免了与识别聚类和测量其质量有关的任何潜在问题。”

预测和观测到的大质量星团数量的差异强烈表明，普朗克对标准宇宙学模型进行的详细预算编制不正确，或者该模型本身存在某种缺陷。在后一种情况下，一个令人兴奋的可能性是，星系团的缺乏表明巨大的中微子（与正常物质相互作用非常弱的鬼粒子）对宇宙的能量收支做出了重要贡献。粒子物理学家长期以来一直认为中微子的质量可能不为零，但是实验室实验仅设法将质量的大小限制在相对较弱的范围内。麦卡锡正计划进行大规模模拟，其中包括大量中微子对团簇形成的影响。

Collins的工作是与来自德国Garching的Max Planck皮外物理研究所的Hans Bohringer教授和Gayoung Chon博士合作完成的，并将在《天文学和天体物理学》上发表。

McCarthy和Le Brun的工作是与来自荷兰莱顿天文台的Joop Schaye教授和来自加拿大蒙特利尔的麦吉尔大学的Gilbert Holder博士合作进行的，并将在《皇家天文学会月刊》上发表。

研究报告的PDF副本：

图像：NASA / WMAP科学团队