一种暗能量的动态形式可以解释来自早期宇宙的奇怪辐射信号

By Paul Sutter

 2023/6/20

Science & Astronomy

我们可能已经从我们宇宙中的第一批恒星中发现了一种演变的动态暗能量的证据。

狩猎难以捉摸的暗能量最终可能被解决，这要归功于从宇宙最早恒星发射的一种奇怪辐射。 (Image credit: Shutterstock)

统治宇宙的能量的神秘实体暗能量似乎正在加速宇宙的膨胀，对科学家提交一个宇宙难题。

简而言之，宇宙学家没有暗能量真的是什么的想法。因此，他们正在捏造各种可能的模型，并探索这些模型的观测结果，希望发现一些至于暗能量是什么以及它如何工作的线索。

现在，新的研究提出我们可能已经发现了一种演变的动态暗能量的证据，以当宇宙中第一批恒星出现了时发射的辐射的形式。

数十亿年前，宇宙比它今天是的暗得多。它用了时间让第一批恒星和星系来凝聚和出现，当它们做了时它们彻底改变了宇宙。

先于第一批恒星形成，宇宙被一种中性氢和氦气的薄雾统治。这种气体已经在被叫再结合的重大纪元期间形成，当我们的宇宙是38万岁老时这个阶段发生，并且已经冷却到热等离子体可以变成中性的点------ 当电子最终可以结合到原子核来形成第一个原子时。

然而，当第一批恒星点燃时它们的强烈辐射撕裂过中性气体，将它变回成一种等离子体状态。因此，宇宙学家将第一批恒星的出现命名为“宇宙黎明”，随后宇宙的急剧相变为“再电离时代”。这些事件发生在围绕大爆炸后几亿年。

我们还没有当第一批恒星和星系形成时的宇宙学纪元或再电离时代的任何直接测量或映射。主要的挑战是这些事件发生在一个极端很久以前，因此来自第一批恒星的光是难以置信的微弱。.

一个开放的窗口

但有另一扇探究再电离纪元的窗口。中性氢以一个极端特定的波长发射辐射：21厘米（8.3英寸）。这毕竟不是一个强的信号，但当回到那个日子里有一整个的中性氢。但这种辐射被发射在数十亿年前，在中间的时代，宇宙已经膨胀到大约它以前大小的10倍。这种扩张已经延伸了21厘米辐射的波长，今天，它现在在无线电波长中是可以检测到的。

2018年，一组天文学家声称已经探测到了当宇宙只有2.3亿岁老时发出的21厘米信号。但来自辐射的信号是理论计算已经暗示的两倍多。假设观测结果是实在的（这仍然是一个有争议的问题，因为结果尚未被另一个团队复制），它提出在我们的早期宇宙历史的理解中的某些东西是不在的。

最近，韩国亚太理论物理中心的天体物理学家陆寅已经提出了一种来解释这一奇怪结果的新可能性。

黑暗中的动态

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寅的工作发表在预印本数据库arXiv上，探索了一种叫相互作用车瓦力尔-婆罗尔斯基-林德尔（（ICPL），Chevallier-Polarski-Linder）暗能量的模型。在这个模型中，暗能量不是一个宇宙的固定常数，而是一个能变化和在时间中演化的动态实体，造成膨胀的加速率中的变化。但这种来演变的能力立即的打开一个问题：是什么控制着暗能量能变化的样子？作为回应，该模型允许暗能量来与暗物质相互作用，它们的行为被联系，随着宇宙扩张，保持它们都在检查中。

有比21厘米信号更多的宇宙学观测。因此，首先寅调调谐了相互作用车瓦力尔-婆罗尔斯基-林德尔模型来适应其他观测，特别是那些集中在宇宙近期的膨胀历史上的。用一个手头的调谐过的模型，寅然后模拟了早期宇宙的演化。寅发现了这种相互作用车瓦力尔-婆罗尔斯基-林德尔模型造成恒星和星系比标准宇宙学模型中的更早出现，这使相互作用车瓦力尔-婆罗尔斯基-林德尔模型比传统的宇宙学模型在解释奇怪的观测到的21厘米信号上更好。

这是一个耐人寻味的结果，但不是一个灌篮。21厘米的观测结果仍然有争议，对这个奇怪的信号有其他可能的解释。尽管如此，这显示科学家如何能走近这样的观测并继续推进理解暗能量和暗物质的前沿。