Study of Anisotropy in a Dark Energy Model with Latest Observations
本研究将符号切换暗能量模型（ΛsCDM）扩展至包含各向异性膨胀，发现虽然各向异性参数被严格限制为可以忽略不计，但该框架有效地在 3.7σ 水平上缓解了哈勃张力，并且相较于标准的 ΛCDM 模型，该模型更受近期宇宙学观测结果的青睐。
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几十年来，我们讲述的最成功的关于宇宙的故事是一个关于完美平滑的故事。这个被称为 Lambda 冷暗物质模型（Lambda Cold Dark Matter model）的标准故事假设，如果你在足够大的尺度上观察宇宙，它在每个方向上看起来都是一样的。它均匀地膨胀，就像一个正在被充气的气球，没有偏好的轴线或倾斜。这个想法在解释大爆炸留下的余光以及星系的分布方面表现得非常出色。然而，近年来，天文学家注意到这个平滑叙事中的裂痕。当他们使用附近的恒星来测量当今宇宙的膨胀速度时，得到的答案与他们根据来自早期宇宙的古老光线计算出的速度不同。这种分歧被称为“哈勃张力”（Hubble tension），这表明我们平滑、简单的故事可能遗漏了拼图中至关重要的一块。
为了解决这个问题，一个研究小组探索了一种更复杂可能性：如果宇宙不是完美的平滑，而是略微不对称的呢？他们研究了一种模型，在该模型中，膨胀率取决于你观察的方向，并结合了一个关于暗能量的新想法。在这种情景下，驱动宇宙膨胀的力量并不是一个恒定不变的值。相反，它表现得像一个随时间切换的开关。在极早期的宇宙中，这种力量是负的，将事物拉拢在一起；但在宇宙历史的一个特定时刻，它切换到了正值，推动宇宙向外扩张，导致了我们今天看到的加速现象。研究人员想知道，加入这种方向性的差异和这种切换的力量，是否能在不破坏现有成功部分的条件下，修复测量中的分歧。
由 Manish Yadav 及其同事领导的团队构建了一个数学框架，该框架允许宇宙沿三个垂直方向以不同的速率膨胀，同时允许暗能量改变其符号。随后，他们利用现代天文学中最精确的数据对该模型进行了测试。这些数据包括宇宙微波背景（即大爆炸的余晖）的详细图谱；来自暗能量光谱仪（Dark Energy Spectroscopic Instrument）的星系分布测量结果；以及用于作为宇宙里程碑的遥远爆炸恒星的观测数据。通过运行数百万次计算机模拟，以观察哪些版本的模型最符合现实世界的数据，他们可以确定宇宙实际上是否是各向异性的（即方向性不均匀的）。
结果出人意料地精确。数据显示，如果宇宙确实在不同方向上膨胀速度不同，那么这种差异是极其微小的。研究人员计算出，当前这种方向性不均匀的程度如此之小，以至于在实际用途上可以视为零，被限制在 数量级左右。这意味着，虽然他们的模型允许一个不对称的宇宙，但我们观测到的宇宙在压倒性意义上是平滑的。这项研究有效地排除了任何可能解释当前测量冲突的显著的大尺度倾斜。这些方向性的差异被极度抑制，因此在宇宙目前的行为中并不起主要作用，尽管它们在诞生后的极早期阶段可能更为重要。
然而，他们模型的另一部分——切换暗能量——被证明要显著得多。研究人员发现，这种符号切换机制成功地调整了预测的宇宙膨胀率。当他们结合早期宇宙的数据与来自附近超新星的数据时，他们的模型预测的膨胀速度为每秒 72.25 公里/百万秒差距（km/s/Mpc）。这个数值与通过局部恒星测得的测量值非常吻合，而此前这些测量值与标准模型预测的约 68 公里/百万秒差距的数值存在冲突。通过引入这种切换力量，早期宇宙与晚期宇宙测量之间的差距大幅缩小，将统计上的分歧从一个极不可能由偶然产生的水平，降低到了一个更易处理的水平。
该研究还观察了宇宙中物质聚集（clumping）的方式，这是近年来另一个产生张力的来源。研究人员发现，他们的模型预测的聚集水平与弱引力透镜调查（通过测量光线绕过质量物体时的弯曲程度来测量）的观测结果吻中吻。这表明，虽然宇宙可能略有不对称，但改善数据拟合度的主要原因在于暗能量的变化性质，而非方向性膨胀。团队得出结论，虽然宇宙在今天的膨胀表现得极其均匀，但暗能量经历从负到正的基本转变这一观点，为解决长期的宇宙学谜题提供了一种引人注目的方式。该模型作为一个可行的、得到观测支持的现有理解的扩展，表明宇宙的历史比我们曾经认为的简单、恒定的膨胀要更加动态。
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