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為什么宇宙會自我分裂？一項新的研究表明暗能量可能比我們想象的更復雜

宇宙


為什么宇宙會自我分裂？一項新的研究表明暗能量可能比我們想象的更復雜


Ia型超新星的殘骸——一種用于測量宇宙距離的爆炸恒星 。信用:美國國家航空航天局/ CXC /德克薩斯大學，抄送
據對話（布拉德·E·塔克）：宇宙是由什么組成的？這個問題已經困擾了天文學家數百年 。
在過去的四分之一世紀里，科學家們認為組成你、我、地球和幾乎所有我們能看到的東西的原子和分子等“正?！蔽镔|只占宇宙的5% 。另外25%是“暗物質”，一種我們看不見的未知物質，但我們可以通過它如何通過重力影響正常物質來檢測它 。
宇宙剩余的70%是由“暗能量”構成的 。發現于1998年 ， 這是一種未知形式的能量，被認為使宇宙以越來越快的速度膨脹 。
在即將發表在《天文學雜志》上的一項新研究中，我們比以往任何時候都更詳細地測量了暗能量的特性 。我們的結果表明，它可能是由愛因斯坦首次提出的一種假設的真空能量——或者它可能是隨著時間的推移而變化的更奇怪、更復雜的東西 。
什么是暗能量？
當愛因斯坦在一個多世紀前發展廣義相對論時 ， 他意識到他的方程表明宇宙應該要么膨脹要么收縮 。這在他看來是錯誤的，所以他增加了一個“宇宙常數”——一種真空中固有的能量——來平衡重力，保持宇宙靜止 。
后來，當亨麗愛塔·斯萬·勒維特和埃德溫·哈勃的工作表明宇宙確實在膨脹時，愛因斯坦拋棄了宇宙常數，稱之為他“最大的錯誤” 。
然而，在1998年，兩個研究小組發現宇宙的膨脹實際上在加速 。這意味著與愛因斯坦的宇宙常數非常相似的東西可能存在——我們現在稱之為暗能量 。
自從那些最初的測量以來，我們一直在使用超新星和其他探測器來測量暗能量的性質 。到目前為止，這些結果表明宇宙中暗能量的密度似乎是恒定的 。
這意味著暗能量的強度保持不變，即使宇宙在增長——它似乎不會隨著宇宙變大而分散得更薄 。我們用一個名為w .愛因斯坦的宇宙常數來測量這個值，這個常數實際上設定w為-1，早期的觀察表明這是正確的 。
作為宇宙測量棒的爆炸恒星
我們如何測量宇宙中有什么，它增長得有多快？我們沒有巨大的卷尺或巨大的天平，所以我們使用“標準蠟燭”:空間中亮度已知的物體 。
想象一下，現在是晚上，你站在一條長路上，只有幾根燈桿 。這些極點都有相同的燈泡，但是更遠的極點比附近的更暗 。
這是因為光線隨距離成比例衰減 。如果我們知道燈泡的功率，并能測量出燈泡看起來有多亮 ， 我們就能計算出到燈桿的距離 。
對于天文學家來說，一個普通的宇宙燈泡是一種叫做Ia型超新星的爆炸恒星 。這些是白矮星 ， 它們經常從鄰近的恒星吸取物質，并增長到太陽質量的1.44倍 ， 在這一點上它們會爆炸 。通過測量爆炸消失的速度，我們可以確定它有多亮 ， 從而確定它離我們有多遠 。
暗能量調查
暗能量調查是迄今為止測量暗能量的最大努力 ?？缭蕉鄠€大洲的400多名科學家一起工作了近十年，反復觀察南部天空的部分區域 。
反復觀察讓我們尋找變化，比如新的爆炸恒星 。你觀察得越頻繁，你就能更好地測量這些變化，你搜索的區域越大 ， 你就能找到越多的超新星 。
表明暗能量存在的第一批結果只使用了幾十顆超新星 。暗能量調查的最新結果使用了大約1500顆爆炸恒星，給出了更高的精確度 。
使用安裝在智利Cerro-Tololo美洲天文臺4米Blanco望遠鏡上的特制相機 ， 調查發現了數以千計不同類型的超新星 。為了找出哪一個是Ia型(我們需要用來測量距離的那種)，我們使用了新南威爾士Siding Spring天文臺的4米英澳望遠鏡 。
盎格魯-澳大利亞望遠鏡測量了超新星發出的光的顏色 。這讓我們看到爆炸中各個元素的“指紋” 。
Ia型超新星有一些獨特的特征，比如不含氫和硅 。有了足夠多的超新星，機器學習讓我們能夠有效地分類成千上萬的超新星 。
比宇宙常數更復雜
最后，經過十多年的工作和對大約1500顆Ia型超新星的研究 ， 暗能量調查產生了一個新的w的最佳測量值 。我們發現w =-0.80±0.18，所以它在-0.62和-0.98之間 。
這是一個非常有趣的結果 。它接近于-1，但不完全在那里 。要成為宇宙常數，或者真空的能量，它必須正好是-1 。
這給我們留下了什么？認為可能需要一個更復雜的暗能量模型，也許在這個模型中，這種神秘的能量在宇宙的生命中已經發生了變化 。