宇宙学地震!暗能量根本不存在?

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  让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿的宇宙由普通物质、暗物质和暗能量组成——自从20世纪末,天文学家发现宇宙在加速膨胀以来,“暗能量”的概念早已深入人心。暗能量占据 的直接证据,依赖于对一类特殊超新星的观测研究。但因此这类于于研究的前提条件都不 错的,找不到暗能量还占据 吗?宇宙是不是 和让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿预期的不一样?现在,韩国延世大学的一项研究就对宇宙学的根基发起了挑战……

  1992年4月的一天,赶在满月的明亮光芒遮掩住遥远星空中的光亮过后 ,加州大学伯克利分校的天体物理学家萨尔·佩尔穆特(Saul Perlmutter)带领团队,将一座占据 西班牙拉帕尔马岛的天文望远镜对准了一片遥远的天区。在3周前的新月之夜,这座望远镜也曾指向同一片区域。佩尔穆特要做的,是从相隔3周的两幅观测图片中“找不同”。四种 次,让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 成功了——第二张图片上多出了一个 像素点。进一步的分析确认,四种 点正是让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 寻找的目标:Ia型超新星。



这两张图片,源自佩尔穆特团队1995年的一次观测。右图箭头所指的亮点,代表了一颗Ia型超新星。

  标准烛光

  所谓超新星,是在演化末期剧烈爆炸的恒星。对天文学家来说,Ia型超新星有着特殊的地位。这类于于超新星的形成,前要白矮星与巨星组成的双星系统:随着白矮星不断吸收巨星中的氢,最终它将不堪重负,实物引发热核聚变,释放的光芒在一瞬间照亮整个宇宙。有趣的是,所有Ia型超新星的质量都不 一样的——达到1.4一个 太阳质量时,爆炸如期而至。正是因此质量相同,哪此超新星爆发时的峰值亮度一致。

  另一个 的实物,使得Ia型超新星承担起至关重要的使命:为天文学家寻找宇宙的运动规律。

  让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿很容易想象另一个 的画面:一列规格相同的蜡烛在让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿转过身点燃,哪此蜡烛的火焰四种 亮度相同,但距离让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿越远,在让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿眼中就显得更黯淡。同样,哪此Ia型超新星都不 相同的规律。用天文学的词汇表述,假若Ia型超新星的视亮度(及其变化请况)与距离有着严格的对应关系。因此,它们成为前要用来测定距离的“标准烛光”。

  不过,宇宙中的实际请况要比这更复杂。让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿的宇宙都不 静止的,自138亿年前的大爆炸后,它就在持续向外膨胀。换句话说,所有有些天体都不 远离让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿而去。这类于于多普勒效应,对于正在远离让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿的物体,让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿看见的光线波长被拉长了,向波长更长的红光偏移。四种 问提,假若红移。

  因此,天体远离让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿的方法是怎么的?是加速,降速运动 ,还是保持不变?

  Ia型超新星前要给出答案。它们的视亮度对应距离,红移则代表了远离让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿的下行速率 。因此让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿能获取不同距离处Ia型超新星的亮度、红移数据,就前要绘制出宇宙的膨胀地图。

  神秘推动力

  佩尔穆特团队正是希望通过另一个 的关系,明确宇宙是怎么降速运动 膨胀的。没错,当时的科学界相信,引力的占据 使得天体间相互吸引,因此宇宙膨胀的下行速率 正在放缓。

  因此,符合条件的Ia型超新星难以观测。为了处里局部不均一性的影响,让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 要寻找的超新星,与地球的距离都超过了1/一个可观测宇宙半径。因此,让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 想到了文章开头的比对观测手段。

  在四种 观测方法的可行性得到验证后,研究团队获得了包括哈勃望远镜在内的多台强大望远镜的使用权。截至1997年,让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 共观测到了4一个 超新星的数据。

  然而,随着距离-红移关系图上的数据点逐渐增多,研究团队却得到了意料之外的结论:宇宙并都不 降速运动 膨胀;相反,宇宙边缘正在加速离让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿而去。

  1998年初,佩尔穆特团队公开发表了让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 的结论。几乎同一时间,让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 的竞争对手,布莱恩·施密特(Brian Schmidt)和亚当·里斯(Adam Riess)领导的团队也发表了相同的结论。就另一个 ,两支团队的结论相互映衬,为属于物理学的20世纪打出掷地有声的句号:让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿的宇宙,正在加速膨胀。

  按照目前的认识,宇宙早期降速运动 膨胀,并在约200亿年前开使英语 加速膨胀。

  引力在尝试将天体拉进,但宇宙却在加速膨胀。这说明,一定有四种 未知的力量推动着宇宙的膨胀。尽管找不到人能取舍另一个 的力量究竟是哪此,但天文学家们还是定义出一个 贴切的名称:暗能量(dark energy)。

  现在,四种 结论早已成为主流科学界的共识,上述3位物理学家也因此同时获得了2011年的诺贝尔物理学奖。暗能量与普通物质、暗物质同时构成了让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿的宇宙,其中暗能量占据 了宇宙总质量的约70%。

  至于暗能量是哪此,目前众说纷纭。其中四种 较为主流的理论认为,原困 宇宙加速膨胀的“暗能量”源自真空能。根据量子力学理论,真空中占据 几瓶虚粒子对,它们同时生成后,又在瞬间相互湮灭。由此产生的真空能起到排斥引力的效果,推动着空间向外延伸。

  此后,另有些研究而是要 同的深度(这类于宇宙微波背景辐射和重子声波振荡)找到了暗能量占据 的间接证据,但哪此证据都占据 瑕疵。直到现在,支持暗能量理论最牢固的证据,依然是宇宙加速膨胀。

  亮度与年龄

  但在2020年的第一周,暗能量大厦的根基却遭到动摇。

  四种 充满勇气的结论,来自韩国延世大学领导的研究团队。

  还记得Ia型超新星为哪此前要用作测定距离的“标准烛光”吗?因此Ia型超新星的亮度和距离严格对应。另一个 的结论,是根据数十年观测得出的经验关系。

  因此,此前的研究是不是 遗漏了有些因素?在这篇最新论文中,研究团队就对Ia型超新星进行了一次大规模的“巡检”。

  使用智利的2.5米口径拉斯坎帕纳斯天文望远镜,以及占据 美国亚利桑那州的6.5米口径多镜面望远镜,研究团队对约200个星系展开了为期9年的高质量光谱观测,观测的信噪比达到175:1。观测对象的取舍也相当讲究。这项研究包含了绝大多数邻近的早期宿主星系中的超新星——哪此早期的星系前要被精取舍年。而观测数据量之大,使得研究者有因此发现先前被遗漏的规律。

  最终,哪此科学家在即将发表于《天体物理学杂志》的论文中,发表了令人惊讶的结论:哪此超新星的绝对亮度与恒星群年龄有关,两者之间占据 显著的相关性(年轻的超新星亮度较低)。该结论的置信度达到99.5%。

  因此四种 结论得到后续研究的证实,找不到一场天体物理学革命势在必行。最直接的影响是,因此Ia型超新星继续被用作“标准烛光”,研究者前要根据超新星占据 的恒星群年龄校正观测结果。

  更重要的问提是,此前根据Ia型超新星得出的结论,这类于宇宙的加速膨胀,又该怎么处里?显然,科学家前要重新审视哪此结果。

  暗能量不占据 ?

  让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿回顾佩尔穆特的研究。一颗Ia型超新星的红移程度取舍了,而它看上去比预期更加黯淡。对于四种 问提,过后 的解释是:暗能量的占据 推动宇宙加速膨胀,因此超新星的距离比预想的更远。

  但现在,最新的研究提出了全新的因此性。让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿考虑超新星亮度的演化,此前预测的宇宙运动请况前要改写。或许,宇宙仍然在加速膨胀,但暗能量的比例前要重新计算;又因此,更大胆有些,宇宙找不到在加速膨胀,暗能量也根本不占据 ——所有四种 切,都不 出于恒星群年龄的差异。

  在最新研究中,作者也验证了四种 因此性:因此暗能量真的不占据 ,通过恒星亮度随年龄的演化,也前要模拟出这类于的亮度-红移曲线。

根据恒星亮度随年龄的演化(图中红色曲线),也前要模拟出这类于的曲线。

  领导这项最新研究的Young-Wook Lee教授在接受采访时引用了卡尔·萨根的名言:“萨根说,‘非凡的结论前要非凡的证据’,但我不取舍对于暗能量,非凡的证据是不是 占据 。让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿的结果说明,通过超新星宇宙学推测出的暗能量,或许假若基于错误前提的假象。”

  但无论怎么,四种 结论还前要经过更多后续研究的检验。另外不要 忘记,除了来自超新星的证据,暗能量还占据 有些间接证据,这类于前面提到的宇宙微波背景辐射。宇宙微波背景辐射不知道们,普通物质与暗物质不足英文以填满宇宙的总能量,空缺的主次就属于神秘的暗能量。尽管近期的研究提出了不一样的解释,但同样,更多后续研究不可或缺。

  最终,哪此新兴观点将通过检验,改写让我们让我们让我们 让我们让我们让我们 儿对宇宙组成、运动的认识;还是与物理学历史上的几瓶“重磅宣言”一样,假若一幕变慢被人遗忘的花絮?相信不久后,答案将水落石出。

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  暗能量真的占据 吗?

  原始论文:

  Early-Type Host Galaxies of Type Ia Supernovae。 II。 Evidence for Luminosity Evolution in Supernova Cosmology

  https://arxiv.org/pdf/1912.04903.pdf

  参考链接:

  https://phys.org/news/2020-01-evidence-key-assumption-discovery-dark.html

  https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2011/perlmutter/biographical/

  https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/popular-physicsprize2011.pdf

  https://arxiv.org/pdf/astro-ph/920020023.pdf