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匹兹堡大学新闻

关于宇宙年龄的答案可以在黑暗中找到

2009年5月,普朗克卫星发射升空,其任务是发现宇宙的年龄。其目标是测量宇宙背景辐射(CMB),这是一种可以追溯到宇宙大爆炸开始后38万年的光源。这些测量结果显示,宇宙大约有138亿年的历史。

但是在过去的几年里,天文学家已经改进了对遥远星系远离地球速度的经典观测。这些测量结果显示,宇宙的年龄比普朗克测量结果显示的要小几亿年。

Arthur Kosowsky in a blue checkered shirt年7月,美国国家科学基金会(National Science Foundation)阿塔卡马宇宙学望远镜(Atacama Cosmology Telescope, ACT)的研究团队加入了争论,并给出了自己的估计。该研究团队包括物理与天文系系主任阿瑟·科索斯基(Arthur Kosowsky)、研究生关义伦(Yilun Guan)以及其他40个参与机构。该小组绘制了微波背景温度和偏振的细微变化的新地图,这些地图比普朗克的更加灵敏和尖锐。

最简单的宇宙模型符合来自智利的ACT的新数据,它的年龄为137.7亿年,不确定值在正负4000万年之间——基本上证实了普朗克的结果。以这些发现为特色的论文已被发表在arXiv的发行服务网站上,并已提交给《宇宙学和天体粒子物理学杂志》。

“现在我们找到了普朗克和ACT一致的答案,”Simone Aiola (A&S ‘ 14G, ’16G)说,他是Flatiron研究所计算天体物理学中心的第一作者和研究员,拥有皮特学院肯尼斯·p·迪特里希艺术与科学学院的物理学博士学位。“这说明了一个事实,即这些困难的测量是可靠的。”

科索斯基说,这些发现增加了围绕宇宙实际年龄的混乱,但也为宇宙学家应该在哪里寻找答案提供了一些线索。

他指出,ACT也基本上证实了普兰克估计的哈勃常数,即宇宙膨胀的速率。行为发现宇宙膨胀的速度每秒67.6公里每百万秒差距,这意味着一个对象位于远离地球的百万秒差距(约326万光年)平均远离我们以每秒67.6公里的速度由于宇宙膨胀。

这种差异最有趣的可能是,我们的简单宇宙模型是错误的。

亚瑟Kosowsky

普朗克小组的哈勃常数是67.4公里/秒每百万秒差距,通过测量星系估计的速率在70到74公里/秒每百万秒差距之间,明显快于其他结果。

关于这种差异,最有趣的可能是,我们的简单宇宙模型是错误的。所以我们通过测量得出的关于哈勃参数的推断是基于一个并不完全正确的模型。”Kosowsky说道。“我们的宇宙基本模型是基于一些非常简单的物理假设。如果你改变了某些东西,你可能会说,在这种差异中,我们看到了新的、未被发现的基础物理。”

在黑暗中

Yilun Guan in a coat and white hat关正在皮特迪特里希学院攻读宇宙学博士学位,他正在研究这个模型的缺陷是否存在于关于暗能量性质的假设中。暗能量是研究人员所说的加速宇宙膨胀的未知力量。

“在我们目前的宇宙模型中,我们把暗能量看作一个非常简单的组成部分,它有一个简单的进化过程——有这么多的暗能量,它以某种方式进化。但是没有人知道暗能量在做什么,它可能是当我们在CMB测量时暗能量在改变,直到我们在这些局部测量中测量它,”他解释说。“我们所做的是考虑是否暗能量可以以任何方式改变,这与我们本地的测量结果以及CMB和其他观测结果一致。”

在关继续暗能量研究的同时,他也在研究如何从望远镜和卫星中自动寻找最有用的数据。在ACT项目中,他负责第一级数据质量保证,这个过程意味着分析ACT每年收集的数千万个探测器时间流,以确定哪些时间流可以用来制作天空地图。

区分好的数据和坏的数据需要大量的专家知识。过去,我们曾经有一位在这一领域经验丰富的专家,如果他查看诊断和统计数据,他就能判断出哪里出了问题。但这不是一个可扩展的解决方案。”

2022年,ACT将正式关闭,它的研究团队将把注意力转移到同样位于智利的Simons天文台,那里将配备新的望远镜、照相机和最先进的探测器阵列。这些升级将给专家提供“一个数量级的数据”来评估。为了迎接挑战,关去年开始研究一种机器学习算法来承担这项任务。

“事实证明,这对机器来说是一个非常简单的问题。我们有很多专家告诉我们是好是坏的数据,所以我们可以训练我们的算法学习专家的决定,并让这些算法为我们做这些决定,”他说。

ACT将于明年发布数据,涵盖2017年至2019年收集的信息,数据数量将增加四倍,专家仍将在数据质量保证方面处于领先地位。不过,关希望在分析西蒙斯的数据之前,能有一个自动化的流程。

科索斯基说,来自西蒙斯天文台的数据可以精确地提供一劳永逸地解开宇宙年龄之谜所需的信息。

他说:“事实上,我们现在所做的测量并不完全吻合,这让我们非常兴奋,因为有可能用下一代实验对宇宙进行更好的测量。”

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://www.pittwire.pitt.edu/news/answers-about-universe-s-age-could-be-found-dark