近期，自然科学领域顶刊《Science Bulletin》在线发表了我院天文系邱涛涛副教授课题组题为《Primordial bounce-inflation scenario to alleviate cosmological tensions and lensing anomaly》（原初反弹-暴胀方案缓解宇宙学冲突与CMB透镜反常）的研究论文[Science Bulletin, 2095-9273 (2025)]。物理学院天文系博士后李豪豪为论文第一作者，邱涛涛副教授为论文通讯作者，合作者还有物理学院2022级博士生张鑫哲。
宇宙学冲突主要包括哈勃常数（H0）冲突和结构增长参数（S8）冲突，即不同的观测数据对二者的限制均呈现出不一致性。例如，在对宇宙早期微波背景辐射（CMB）的观测方面，欧洲航天局的Planck卫星2018年数据得到的哈勃参数为H0=67.4±0.5km/s/Mpc , S8=0.834±0.016，而晚期局域观测结果则为H0=73.04±1.04km/s/Mpc , S8=0.776±0.017。二者的冲突分别超过5σ和3σ的置信水平。同时， Planck卫星2018年数据得到的透镜幅参数AL=1.18±0.065，与标准模型预言值1的差距接近3σ的置信水平，该理论与观测的差异称为CMB透镜反常。这些冲突/反常的存在表明我们对宇宙的理解或观测方法上还有很大的发展空间。
图1. 宇宙学参数的后验分布。数据集分别采用Planck 2018(P18)和 P18+SPT3G两种情况，模型分别考虑ACDM及其扩展ACDM+AL。
由于与晚期观测相比，早期观测较为严重地依赖于“宇宙学常数-冷暗物质”（ACDM）宇宙学模型，因此为调节上述冲突/反常，文献中较多采用的是修改ACDM模型的方案，如在宇宙早期引入新的暗能量成分（文献中称为“早期暗能量”）或引入额外的暗能量-暗物质相互作用的办法。邱涛涛副教授课题组根据自身在反弹宇宙学中的研究特色，提出了解决上述冲突/反常的新思路。他们指出对于反弹宇宙，原初扰动的初始条件将会被修改，这样即使在宇宙膨胀阶段中保持ACDM模型不变，物质能量密度参数的最佳拟合值也会有变化，从而改变早期观测值。这也可能会有助于缩小其与晚期观测之间的差别。
在这一思路下，邱涛涛副教授课题组构建了一个具体的反弹—暴胀模型并计算了原初扰动功率谱，利用Planck 2018 以及SPT3G的数据，通过马尔科夫链—蒙特卡洛模拟得到了宇宙学参数的后验分布。结果显示，将哈勃常数冲突减小到3σ的置信水平； S8=0.776±0.017，与局域观测没有冲突。此外，透镜幅的最佳拟合值从AL=1.18减小到AL=1.10，更接近标准宇宙学模型预言值1。课题组将这种修改原初宇宙解决宇宙学冲突的方案称为“原初方案”。最后，课题组的研究还发现CMB的透镜反常不一定真实存在，很有可能是和光深的简并效应造成的。
图2. 透镜幅和光深的后验简并图。增大光深可以解决CMB的透镜反常。
该论文得到国家自然科学基金以及中国博士后科学基金的资助。
