BOSS构建的三维地图的一部分。图片来源：uux.cn/Jeremy Tinker和SDSS-III合作。来源：Jeremy Tinker和SDSS-III合作

（神秘的地球uux.cn）据美国物理学家组织网（Tejasri Gururaj）：发表在《物理评论快报》上的一项新研究分析了最完整的星系团数据集，以测试∧CDM模型，揭示了宇宙中宇宙结构形成的差异，暗示了一种新的物理学。

∧CDM模型是描述宇宙演化、膨胀和结构的宇宙学标准模型。它包括冷暗物质（CDM）、正常物质和辐射，以及解释暗能量的宇宙常数（∧）。

该模型成功地解释了几个宇宙学观测结果，包括宇宙的大尺度结构、宇宙的加速膨胀和宇宙微波背景（CMB）辐射，即大爆炸的余辉。

尽管如此，∧CDM未能解释宇宙膨胀、暗能量和暗物质等现象。最近的观测，如DESI（暗能量测量仪器）的数据，表明∧CDM可能存在异常。

研究小组旨在分析这些异常是否可能存在联系，并可能指向一个特定的新物理模型。

该团队由来自新泽西州高级研究所的陈石帆博士组成；麻省理工学院米哈伊尔・伊万诺夫教授；哥伦比亚大学Oliver Philcox博士；以及康奈尔大学的研究生Lukas Wenzl。

谈到他们工作背后的动机，陈博士说：“能够预测宇宙的任何事情都很酷，但特别巧妙的是，我们有许多不同的可观测数据，这些数据来自许多调查，我们可以使用一个一致有效的理论对其测量结果进行建模。”

如上所述，∧CDM模型无法解释基于最近观测的某些现象。

这些包括对宇宙膨胀率（哈勃张力）的直接和间接测量之间的分歧，对物质团簇（即结构增长（σ8张力））的直接测量和间接测量的分歧，以及最近的DESI数据表明可能存在动态暗能量的证据。

研究小组的方法是新的，因为他们想看看相同的基础物理学是否可以解释这些异常。为了验证这一假设，研究人员将来自多个来源的测量结果结合起来，创建了一个全面的数据集。

这包括BOSS（重子振荡光谱测量）DR12数据集，其中包含覆盖不同红移范围的北部和南部星系帽、LOWZ（低红移星系）和CMASS（高质量星系）样本，以及与普朗克CMB引力透镜图的互相关。

在标准∧CDM模型和动态暗能量模型中，对这两种数据进行了分析，以测试DESI的发现。

Philcox博士解释了他们如何保持所选数据的高准确性。“我们真的试图为星系样本选择一致的定义，丢弃了选择标准中意外错误的部分可用数据，以牺牲我们的统计约束为代价，即使过去的分析使用了这些数据。”

“此外，我们在之前的论文中对CMB透镜的互相关进行了许多测试，以确保没有明显的系统学。”

∧CDM分析显示，宇宙结构的增长率略低于预测，与普朗克的结果存在显著差异（4.5σ张力）。

此外，它还证实了物质密度、哈勃常数和结构增长的现有值。

在动态暗能量分析中，研究小组没有发现动态暗能量的有力证据，这表明暗能量的行为类似于宇宙常数。观察到的结构生长抑制与∧CDM分析预测的相似。

最后，哈勃常数的值与普朗克数据一致，但与直接的局部测量不一致。

伊万诺夫教授解释说：“我们发现，与早期宇宙和CMB的预期相比，晚期宇宙中暗能量影响最为明显的结构形成，至少在BOSS调查中由星系测量的情况下，似乎受到了很大的抑制。”

“即使我们允许膨胀历史偏离暗能量的标准宇宙常数形式，这也是正确的。”

根据该团队的说法，被抑制的结构生长是随机机会的几率是1/300000，这强烈表明数据或新物理学中以未知系统学的形式发生了一些无法解释的事情。

这些发现还为σ8张力提供了迄今为止最有力的证据，并表明动态暗能量无法解决它。

Wenzl解释说：“除了提到的新的观测技术和系统学测试外，如果这个信号幸存下来，那么看看什么样的新物理学可以帮助解决与CMB的紧张关系将是一件有趣的事情。”

“例如，如果非标准暗物质候选者，如轴子暗物质或以某种方式与自身或重子相互作用的暗物质，能够解释信号，这将是非常酷的，这将改变结构的形成。”

这项研究的结果挑战了我们对宇宙结构形成的理解，更重要的是，挑战了宇宙学中最基本的模型之一。

来自即将到来的星系调查的数据将为这些差异提供清晰的信息，以及我们是否需要从根本上改变对宇宙中大规模结构的理解。