宇宙学地震!暗能量根本不存在?

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  我门的宇宙由普通物质、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。暗能量所处的直接证据,依赖于对一类特殊超新星的观测研究。但可能性类事研究的前提条件有的是错的,没人暗能量还所处吗?宇宙有无和我门预期的不一样?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以前,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,将一座所处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”。这些 次,我门成功了——第二张图片上多出了以前像素点。进一步的分析确认,这些 点正是我门寻找的目标: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。类事超新星的形成,需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,内部管理引发热核聚变,释放的光芒在一瞬间照亮整个宇宙。有趣的是,所有Ia型超新星的质量有的是一样的——达到1.4以前太阳质量时,爆炸如期而至。正是可能性质量相同,什么超新星爆发时的峰值亮度一致。

  以前的型态,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。

  我门很容易想象以前的画面:一列规格相同的蜡烛在我门背后点燃,什么蜡烛的火焰一种生活生活亮度相同,但距离我门越远,在我门眼中就显得更黯淡。同样,什么Ia型超新星有的是相同的规律。用天文学的词汇表述,就让Ia型超新星的视亮度(及其变化状况)与距离有着严格的对应关系。为啥让,它们成为需要用来测定距离的“标准烛光”。

  不过,宇宙中的实际状况要比这更繁杂。我门的宇宙有的是静止的,自138亿年前的大爆炸后,它就在持续向外膨胀。换句话说,所有一点天体有的是远离我门而去。类事多普勒效应,对于正在远离我门的物体,我门看见的光线波长被拉长了,向波长更长的红光偏移。这些 疑问,就让红移。

  为啥让,天体远离我门的办法是怎么的?是加速,减速运动运动,还是保持不变?

  Ia型超新星需要给出答案。它们的视亮度对应距离,红移则代表了远离我门的效率单位。可能性我门能获取不同距离处Ia型超新星的亮度、红移数据,就需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以前的关系,明确宇宙是怎么减速运动运动膨胀的。没错,当时的科学界相信,引力的所处使得天体间相互吸引,为啥让宇宙膨胀的效率单位正在放缓。

  为啥让,符合条件的Ia型超新星难以观测。为了除理局部不均一性的影响,我门要寻找的超新星,与地球的距离都超过了1/5个可观测宇宙半径。为啥让,我门想到了文章开头的比对观测手段。

  在这些 观测办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,我门共观测到了4以前超新星的数据。

  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:宇宙并有的是减速运动运动膨胀;相反,宇宙边缘正在加速离我门而去。

  1998年初,佩尔穆特团队公开发表了我门的结论。几乎同一时间,我门的竞争对手,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。就以前,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:我门的宇宙,正在加速膨胀。

  按照目前的认识,宇宙早期减速运动运动膨胀,并在约60 亿年前刚开始了了加速膨胀。

  引力在尝试将天体拉进,但宇宙却在加速膨胀。这说明,一定一种生活生活生活未知的力量推动着宇宙的膨胀。尽管没人人能选折 以前的力量究竟是什么,但天文学家们还是定义出以前贴切的名称:暗能量(dark energy)。

  现在,这些 结论早已成为主流科学界的共识,上述3位物理学家也为啥让一起获得了2011年的诺贝尔物理学奖。暗能量与普通物质、暗物质一起构成了我门的宇宙,其中暗能量所处了宇宙总质量的约70%。

  至于暗能量是什么,目前众说纷纭。其中一种生活生活较为主流的理论认为,原应 宇宙加速膨胀的“暗能量”源自真空能。根据量子力学理论,真空中所处多量虚粒子对,它们一起生成后,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,另一点研究也从不同的深度(类事宇宙微波背景辐射和重子声波振荡)找到了暗能量所处的间接证据,但什么证据都所处瑕疵。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。

  这些 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型超新星为啥会 会 需要用作测定距离的“标准烛光”吗?可能性Ia型超新星的亮度和距离严格对应。以前的结论,是根据数十年观测得出的经验关系。

  为啥让,此前的研究有无遗漏了一点因素?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,以及所处美国亚利桑那州的6.5米口径多镜面望远镜,研究团队对约60 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。观测对象的选折 也相当讲究。这项研究暗含了绝大多数邻近的早期宿主星系中的超新星——什么早期的星系需要被精选折 年。而观测数据量之大,使得研究者有可能性发现先前被遗漏的规律。

  最终,什么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:什么超新星的绝对亮度与恒星群年龄有关,两者之间所处显著的相关性(年轻的超新星亮度较低)。该结论的置信度达到99.5%。

  可能性这些 结论得到后续研究的证实,没人一场天体物理学革命势在必行。最直接的影响是,可能性Ia型超新星继续被用作“标准烛光”,研究者需要根据超新星所处的恒星群年龄校正观测结果。

  更重要的疑问是,此前根据Ia型超新星得出的结论,类事宇宙的加速膨胀,又该怎么除理?显然,科学家需要重新审视什么结果。

  暗能量不所处?

  我你要们回顾佩尔穆特的研究。一颗Ia型超新星的红移程度选折 了,而它看上去比预期更加黯淡。对于这些 疑问,以前的解释是:暗能量的所处推动宇宙加速膨胀,为啥让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可能性性。当我门考虑超新星亮度的演化,此前预测的宇宙运动状况需要改写。或许,宇宙仍然在加速膨胀,但暗能量的比例需要重新计算;又可能性,更大胆一点,宇宙没人在加速膨胀,暗能量也根本不所处——所有这些 切,有的是出于恒星群年龄的差异。

  在最新研究中,作者也验证了这些 可能性性:可能性暗能量真的不所处,通过恒星亮度随年龄的演化,也需要模拟出类事的亮度-红移曲线。

根据恒星亮度随年龄的演化(图中红色曲线),也需要模拟出类事的曲线。

  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,‘非凡的结论需要非凡的证据’,但我不选折 对于暗能量,非凡的证据有无所处。我门的结果说明,通过超新星宇宙学推测出的暗能量,或许就让基于错误前提的假象。”

  但无论怎么,这些 结论还需要经过更多后续研究的检验。另外从不忘记,除了来自超新星的证据,暗能量还所处一点间接证据,类事前面提到的宇宙微波背景辐射。宇宙微波背景辐射告诉我门,普通物质与暗物质缺乏以填满宇宙的总能量,空缺的次责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,什么新兴观点将通过检验,改写我门对宇宙组成、运动的认识;还是与物理学历史上的多量“重磅宣言”一样,就让一幕快一点 被人遗忘的花絮?相信不久后,答案将水落石出。

  相关阅读:

  暗能量真的所处吗?

  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/960 60 23.pdf