當前位置： 當前位置：首頁 > 綜合 > 長達十年的暗能量調查為宇宙膨脹提供了新的見解正文

暗能量調查中發現的一顆超新星（左）對比了遙遠的類星體（右）（圖片來源:uux.cn/DES Collaboration/noir lab/NSF/AURA/m . Zamani）
（神秘的地球uux.cn）據美國太空網（羅伯特·李）：暗能量相機對1500多顆超新星進行的調查對宇宙的加速膨脹施加了強大的限制。
研究結果表明，量調驅動這種宇宙加速的宇宙神秘力量——暗能量——可能會隨著時間的推移而改變，其密度會發生變化，膨脹這使宇宙學的提供標準模型受到質疑。
作為暗能量調查的見解一部分，這些結果是長達查由單一儀器采集的最大超新星樣本提供的。20世紀90年代末，量調人們發現宇宙不僅在膨脹，宇宙而且還在加速膨脹，膨脹超新星對這一發現至關重要。提供
這對物理學家來說是見解一個巨大的驚喜，他們曾預計在大爆炸期間宇宙最初的長達查快速膨脹之后。宇宙膨脹本應放緩，量調但它正在加速。宇宙
暗能量被認為是宇宙未知方面導致神秘而令人不安的宇宙加速的占位符，但科學家無法確定它是什么。現在認為暗能量占宇宙總能量和物質的65%到70%，這一事實使問題更加復雜。
智利北部塞羅托洛美洲天文臺的Víctor M. Blanco 4米望遠鏡上安裝的暗能量相機進行的暗能量調查表明，對超新星的觀測仍然是解開25年前此類調查引發的謎團不可或缺的一部分。
新的暗能量調查結果于2024年1月8日在美國天文學會第243次會議上發布，其背后的團隊補充說，它們與宇宙學的標準模型一致，即所謂的“λ冷暗物質”模型（CDM），該模型的特征是宇宙加速膨脹。
在宇宙138億年的歷史中，這給膨脹史帶來了最嚴格的限制，但也給更復雜的宇宙模型留下了喘息的空間。
用標準蠟燭研究暗能量
為了收集這些數據，費米實驗室建造的5.7億像素暗能量相機觀察了地球上空758個夜晚，觀察了200萬個遙遠的星系。在這些照片中，這臺強大的相機發現了數千顆超新星。
在這些樣本中，機器學習能夠確定1，499個是一種特殊類型的恒星爆炸，稱為Ia型超新星。當被稱為白矮星的死亡恒星與另一顆恒星存在于雙星系統中時，就會發生這種情況。白矮星長期以來一直消耗氫來驅動核聚變并在其核心轉化為氦。
白矮星從它們的伴星或“施主”恒星上拖動物質，隨著這些物質在死亡的恒星上堆積，它可以將白矮星推至所謂的錢德拉塞卡極限之外。這是恒星成為超新星所需的質量極限。
這些Ia型超新星非常均勻，以至于科學家將其稱為“標準蠟燭”，它們的光可以用來測量宇宙中的巨大距離。
此外，由于來自遙遠物體的光的波長向電磁波譜的紅色端延伸，這一過程被稱為“紅移”，隨著它們遠離地球，不同距離的標準蠟燭的均勻光輸出可用于測量宇宙的膨脹。
因此，將較近的Ia型超新星的紅移與較遠的白矮星爆炸的紅移進行比較，可以暗示這種膨脹的強度以及宇宙歷史相應時期的暗物質密度。

顯示超新星在宇宙中不同距離和不同時間紅移的插圖。更早更遠的超新星紅移更多。（圖片來源:uux.cn/DES Collaboration）
新的暗能量調查結果是已知超新星數量的三倍，紅移約為0.2，這相當于距離約25億光年。它是已知標準蠟燭數量的五倍，紅移約為0.5，這與大約60億光年的距離相關。
暗能量調查工作組成員、昆士蘭大學教授塔瑪拉·戴維斯在一份聲明中說:“與25年前相比，這是一次真正的大規模提升，當時只有52顆超新星被用來推斷暗能量。”
暗能量并不總是如此密集
在如此寬的宇宙距離范圍內，Ia型超新星的樣本量如此之大，當結合這些爆炸的距離和它們遠離地球的速度時，研究小組可以追蹤到宇宙膨脹的記錄。
這表明暗能量密度是否保持穩定，而事實似乎并非如此。
“隨著宇宙的膨脹，物質密度下降，”暗能量調查主任兼發言人里奇·克朗在同一份聲明中說。“但如果暗能量密度是一個常數，那就意味著暗能量的總比例肯定隨著體積的增加而增加。”
這可能是對宇宙CDM模型的挑戰，CDM模型是一個數學模型，描述了宇宙如何在物質密度、物質類型和暗能量行為等幾個關鍵特征的情況下演化。
這是因為CDM假設暗能量的密度是恒定的，并且不會隨著宇宙的膨脹而稀釋，這些超新星調查結果表明這可能不是真的。

追蹤宇宙膨脹歷史的圖表（圖片來源:uux.cn/DES合作）
“有誘人的跡象表明暗能量會隨時間變化。我們發現暗能量的最簡單模型——λCDM——并不是最合適的，”戴維斯補充道。“我們已經排除了這種可能性，但在探索什么在加速宇宙膨脹的過程中，這是一個有趣的新難題。可能需要更復雜的解釋。”
這個難題的答案可能要等到下一代超新星調查開始并從暗能量調查中獲得。
美國國家科學基金會天文科學部項目主任奈杰爾·夏普在同一份聲明中說:“這一結果清楚地表明了天文觀測項目的價值，這些項目在數據收集結束后仍能產生出色的科學成果。”
“我們需要盡可能多的不同方法來了解暗能量是什么，不是什么。這是實現這種理解的重要途徑。”
暗能量調查結果已經提交給《天體物理學雜志》。