近日，长江大学物电学院刘统华副教授、北京师范大学和湖南师范大学的研究团队共同完成的研究成果以题为Model-independent determination of the sound horizon using recent BAO measurements and strong lensing systems在《物理评论D》（Physical Review D）上发表。该期刊由美国物理学学会出版，属于自然指数期刊，中科院分区一区Top，长江大学为第一单位，物电学院刘统华副教授为第一作者，曹硕教授、王接词教授为共同通讯作者。
该研究提出了一种改进的方法，利用最新的重子声学振荡（BAO）测量数据和强引力透镜系统，独立于宇宙学模型确定了声学视界（sound horizon）的大小。这一成果为理解宇宙的早期演化提供了新的视角，并有望为解决当前宇宙学中的一些关键问题提供重要线索。
在宇宙早期，重子声学振荡（BAO）是由光子-重子流体与不均匀性之间的引力相互作用产生的声波。这些声波在宇宙中的分布形成了一个标准的“尺子”，称为声学视界。声学视界的大小是宇宙学模型中的一个关键理论预测，依赖于早期宇宙中声速和膨胀速率。然而，要利用BAO作为宇宙学标准尺子，必须首先确定这一尺子的长度，即声学视界的大小。传统上，声学视界的校准依赖于宇宙微波背景（CMB）观测数据，通常假设宇宙学模型为ΛCDM（冷暗物质模型）。然而，这种方法依赖于特定的宇宙学模型，可能会引入偏差。因此，研究团队提出了一种独立于宇宙学模型的方法，利用最新的BAO测量数据和强引力透镜系统来确定声学视界的大小。研究结果显示，利用6个引力透镜系统的时间延迟距离测量数据，声学视界的限制精度达到约3.7%。这一结果与普朗克2018年的CMB观测结果在1.7σ的置信水平内一致。此外，研究团队还利用4个引力透镜系统的角直径距离测量数据，尽管精度较低，但同样与普朗克结果在1.5σ的置信水平内一致。这项研究的最大亮点在于其独立于宇宙学模型的特性。传统方法通常依赖于特定的宇宙学假设，而本研究通过结合BAO和引力透镜数据，避免了这些假设，从而减少了潜在的偏差。此外，该方法还避免了引力透镜中的质量片简并（mass-sheet degeneracy）问题，并且不需要考虑宇宙曲率的假设。 研究团队还预测，未来通过大约50个高精度时间延迟引力透镜系统，可以将声学视界的测量精度提高到1%的水平。这将为理解当前宇宙学中的“哈勃张力”（Hubble tension）问题提供重要线索，并可能揭示超出标准模型的新物理。
该工作得到了国家自然科学基金青年项目和重点项目、教育部青年拔尖人才计划项目、中国科学院战略重点研究项目、湖北省科技厅外国专家等项目的支持。
论文链接：https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.111.023524
（审核 张华峰 编辑 梁军）
