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暗能量是科學界最大的謎團之一，我們現在離理解它更近了一步

暗能量


暗能量是科學界最大的謎團之一，我們現在離理解它更近了一步


暗能量是科學界最大的謎團之一，我們現在離理解它更近了一步 。鳴謝:美國國家航空航天局/JPL-加州理工學院/歐空局/哈佛-史密森尼CfA
據對話（羅伯特·尼科爾）：十多年前，暗能量巡天(DES)開始繪制宇宙地圖，以尋找證據來幫助我們理解被稱為暗能量的神秘現象的本質 。我是100多位做出貢獻的科學家之一，他們幫助產生了最終的DES測量結果，該結果剛剛在新奧爾良舉行的第243屆美國天文學會會議上發布 。
據估計，暗能量占可觀測宇宙的近70%，然而我們仍然不明白它是什么 。雖然暗能量的本質仍然神秘，但它的影響卻是巨大的 。它的主要作用是推動宇宙加速膨脹 。
新奧爾良的公告可能會讓我們更好地理解這種形式的能源 。除此之外，它給了我們一個機會來檢驗我們的觀測結果與一個叫做宇宙常數的概念，這個概念是由阿爾伯特·愛因斯坦在1917年提出的，作為一種抵消引力在他的方程中的影響的方法 ， 以實現一個既不膨脹也不收縮的宇宙 。愛因斯坦后來把它從他的計算中去掉了 。
然而，宇宙學家后來發現，不僅宇宙在膨脹，而且膨脹還在加速 。這一發現被歸因于一種叫做暗能量的神秘物質 。愛因斯坦的宇宙常數概念實際上可以解釋暗能量，如果它有一個正值(允許它符合宇宙的加速膨脹) 。
DES的結果是全球研究人員數十年工作的成果，提供了迄今為止對一個難以捉摸的參數“w”的最佳測量結果之一，w代表暗能量的“狀態方程” 。自1998年發現暗能量以來 ， 其狀態方程的值一直是一個基本問題 。
這個狀態描述了物質的壓力與能量密度之比 。宇宙萬物都有狀態方程 。
它的值告訴你一種物質是否是氣體，相對論性的(由愛因斯坦的相對論描述)，或者它的行為是否像流體 。算出這個數字是真正理解暗能量本質的第一步 。
我們對w的最佳理論預測應該正好是負一(w=-1) 。這個預測還假設暗能量是愛因斯坦提出的宇宙常數 。
顛覆預期
負一的物態方程告訴我們 ， 隨著暗能量的能量密度增加，所以負壓也增加 。宇宙中的能量密度越大，排斥力就越大——換句話說，物質會推其他物質 。這導致宇宙不斷膨脹加速 。這聽起來可能有點奇怪，因為這與我們在地球上經歷的一切都是違反直覺的 。
這項工作使用了我們對宇宙膨脹歷史最直接的探測手段:Ia型超新星 。這是一種恒星爆炸，它們充當了一種宇宙尺度，讓我們能夠測量宇宙中遙遠得驚人的距離 。然后可以將這些距離與我們的預期進行比較 。這和25年前用來探測暗能量存在的技術是一樣的 。
現在的區別在于超新星樣本的大小和質量 。使用新技術，DES團隊在很寬的距離范圍內擁有了20倍多的數據 。這允許有史以來最精確的w測量之一，給出-0.8的值
乍一看，這不是我們預測的精確的負一值 。這可能表明它不是宇宙常數 。然而，這種測量的不確定性足夠大，以5%的概率允許負一，或者只有20比1的下注賠率 。這種程度的不確定性還不足以說明任何一種情況 ， 但這是一個很好的開始 。
2012年在大型強子對撞機上探測希格斯玻色子亞原子粒子需要百萬分之一的出錯幾率 。然而，這一測量可能標志著“大撕裂”模型的結束 ， 這種模型的狀態方程比一個方程更負 。在這樣的模型中，宇宙將以越來越快的速度無限膨脹——最終將星系、行星系統甚至時空本身撕裂 。那是一種解脫 。
像往常一樣，科學家們想要更多的數據，這些計劃已經在進行中 。DES的結果表明，我們的新技術將用于未來歐空局的歐幾里德任務(2023年7月發射)和智利新薇拉·魯賓天文臺的超新星實驗 。這座天文臺將很快使用它的望遠鏡拍攝建造后的第一張天空圖像 ， 讓人們一窺它的能力 。
這些下一代望遠鏡可以發現數以千計的超新星 ， 幫助我們對狀態方程進行新的測量，并對暗能量的本質進行更多的了解 。