天文系在极早期宇宙学研究中取得进展

近日，中国科学技术大学天文系蔡一夫教授在主持的国际合作中，与荷兰Leiden大学胡斌和加拿大McGill大学Jerome Quintin、Elisa Ferreira在宇宙学的极早期暴胀方面取得了新的进展，相关成果以快讯（Rapid Communication）方式发表在国际期刊《物理评论D》[Physical Review D 92, 121303 (2015)]。

现代宇宙学研究表明，宇宙在极早期曾经历过短暂的剧烈膨胀，称之为暴胀。该理论学说成功预言了宇宙原初扰动的功率谱为近标度不变谱，并完美解释了宇宙微波背景辐射（CMB）中的温度涨落涟漪。2015年初，欧洲空间局的普朗克（Planck）卫星实验组公布了最新的CMB数据（arXiv:1502.01589），高度检验了暴胀学说的合理性。但这组数据表明在角极距l~20附近存在着明显的扰动谱功率缺失现象，不能被标准的LCDM宇宙学模型所解释。基于Planck最新数据，蔡一夫等人从基础超弦理论的低能有效场论出发提出了一个新的模型，称之为特征单值轴子暴胀。该模型对原初功率谱缺失的反常现象作出了理论诠释（见下图左），并对模型参数进行了整体拟合分析。该模型同时预言了CMB中的E模极化在同一位置也有特殊的信号（见下图右）。

宇宙极早期暴胀图像是当前物理学和天文学的一大热点交叉课题。多年来科大天文系积极推动该领域的学术研究。早在1980年代科大就在国际上参与提出了最早的暴胀学说，之后科大天文系针对这一理论框架所预言的原初引力波开展了长期研究。近年来这一图像与基础粒子物理的交叉研究，科大粒子宇宙学组做出了具有一定国际影响力的工作，蔡一夫等人2014年在《物理评论快讯》上发表了关于反弹暴胀的研究成果。 

这项工作得到了基金委“星系和类星体”创新团队、中科院星系宇宙学重点实验室的支持。

CMB温度涨落信号

E模极化信号

以上两图给出了基本LCDM模型和弦论单值轴子暴胀模型预言的理论宇宙微波背景辐射功率谱以及其与Planck卫星数据的比较。