3月9日，国际天文学期刊《天体物理学报》（The Astrophysical Journal，简称ApJ）在线发表了中国科学院国家天文台陈云副研究员团队在暗能量研究领域的最新成果。该研究通过对五种代表性宇宙学模型的系统比较，结合当前国际上最前沿的观测数据，发现暗能量可能随时间演化的动力学行为，同时表明困扰学界的“哈勃常数危机”仍未得到解决。
论文第一作者为中国科学院国家天文台博士生张倬铭，第二作者为许腾鹏（2025年6月博士毕业于国家天文台，现为中山大学物理与天文学院博士后），通讯作者为国家天文台副研究员陈云。
暗能量，这一驱动宇宙加速膨胀的神秘成分，是现代物理学中的重要前沿问题之一。在标准的宇宙学模型（ΛCDM模型）中，其状态方程参数被简化为一个恒定不变的常数-1。然而，这一假设是否正确，暗能量是否真的“一成不变”，始终是天文学家探索的前沿问题。
为检验这一假设，陈云副研究员团队系统比较了五个具有代表性的宇宙学模型，涵盖标准ΛCDM模型、暗能量状态方程参数为常数的wCDM模型、具有动力学演化特征的状态方程参数化模型（w₀wₐCDM模型）、基于标量场的动力学暗能量模型（ФCDM模型），以及一个相互作用的暗能量模型（ξ-index模型）。为严格检验这些模型，研究团队采用了当前精度最高的观测数据，包括暗能量光谱巡天（DESI）最新发布的第二批数据（DR2）中的重子声波振荡（BAO）测量、Pantheon+ Ia型超新星样本(SNIa)，以及来自普朗克（Planck）卫星和阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT）的宇宙微波背景辐射（CMB）及其透镜效应测量。
通过对这一组最新数据集进行系统、严格的贝叶斯比较分析，研究团队获得了三项核心发现：
第一，发现暗能量存在清晰的动力学演化迹象。高红移（早期宇宙）的CMB数据倾向于暗能量处于“幽灵”暗能量（phantom，状态方程参数w < -1）状态，而低红移（晚期宇宙）的BAO和超新星数据则将其状态方程参数拉向“精质”暗能量（quintessence，w > -1）区域。在w₀wₐCDM模型中，这一演化趋势尤为显著，暗能量的状态方程参数随着宇宙时间从早期到晚期发生了穿越-1的转变，这与我国科学家提出的“精灵”（quintom）暗能量模型的预言相符。这一跨越多个模型、由不同时期观测数据驱动的演化特征，为暗能量的动力学演化提供了有力证据，挑战了宇宙学常数的传统观点。
第二，“哈勃常数危机”依然悬而未决。 哈勃常数（H₀）描述当前宇宙的膨胀速率，其在ΛCDM模型框架下基于早期宇宙（CMB）的推断值与基于邻近宇宙距离阶梯（如造父变星校准的Ia型超新星）的直接测量值之间存在显著偏差，即“哈勃常数危机”。研究结果表明，在所有受到观测数据较强约束的模型中，无论采用何种暗能量模型，推断出的H₀值最终都收敛于早期宇宙（Planck）偏好的较低数值。虽然某些扩展模型（如wCDM、ξ-index模型）在特定数据组合下能略微提高H₀值，但这一效应并不稳健，无法从根本上调和早期宇宙推断与邻近宇宙测量之间的巨大差异。这表明，“哈勃常数危机”可能需要超越当前暗能量模型范围的新物理，或是对系统误差的更深理解。
第三，暗示暗能量与物质之间可能存在晚期相互作用。在对ξ-index模型的分析中，当结合所有最完备的数据（CMB+lensing+BAO+SNIa）时，研究团队在68%置信度下发现耦合参数倾向于负值（ξ+
3wX < 0），这意味着在晚期宇宙中，能量可能正在从暗能量转移到物质上。这一发现虽非决定性结论，但与近年来其他研究中出现的暗能量-物质相互作用的线索相呼应，为探索暗区物理开辟了新方向。
论文通讯作者陈云副研究员表示：“我们的研究提供了一个多模型、多数据的综合视角。一方面，我们看到了暗能量演化的清晰迹象，这与国际上一些顶尖团队的发现相互印证；另一方面，哈勃常数危机的顽固存在也提醒我们，通往真理的道路依然漫长。”
本研究中使用的ФCDM（标量场暗能量）模型，其理论基础可追溯至1988年由诺贝尔物理学奖得主James Peebles与美国堪萨斯州立大学杰出教授Bharat Ratra在《天体物理学杂志快报》（ApJL）上发表的具有开创意义的论文（Peebles & Ratra, 1988, ApJL）。这一工作首次提出了动态暗能量的概念，成为后来被称为“精质”（quintessence）标量场暗能量模型的理论基石。本研究的观测结果进一步显示，在晚期宇宙中，尤其是由重子声波振荡（BAO）和Ia型超新星（SNIa）主导的观测数据，也倾向于支持该模型所预言的“精质”状态（即状态方程参数w > -1）。值得一提的是，Ratra教授在阅读本研究摘要后，通过电子邮件向陈云副研究员表示：“摘要看起来很有趣”（The abstract looks interesting.），给予了积极评价。
此项研究的创新之处在于，它不仅通过贝叶斯模型比较量化了各模型的优劣，更重要的是，揭示了不同观测数据（早期宇宙vs晚期宇宙）之间存在的“不一致性”——正是这种“不一致性”，为暗能量的动力学演化提供了关键证据。
文章链接：https://doi.org/10.3847/1538-4357/ae4738
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