宇宙学地震!暗能量根本不存在?

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  当我们当我们当我们 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。但将会之类研究的前提条件都有错的,没办法 暗能量还占据 吗?宇宙否有和当我们当我们当我们 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之前 ,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”。这人 次,当我们当我们当我们 成功了——第二张图片上多出了有俩个 像素点。进一步的分析确认,这许多正是当我们当我们当我们 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。之类超新星的形成,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,组织组织结构引发热核聚变,释放的光芒在一瞬间照亮整个宇宙。有趣的是,所有Ia型超新星的质量都有一样的——达到1.4有俩个 太阳质量时,爆炸如期而至。正是将会质量相同,那先 超新星爆发时的峰值亮度一致。

  曾经的特性,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。

  当我们当我们当我们 儿很容易想象曾经的画面:一列规格相同的蜡烛在当我们当我们当我们 儿肩上点燃,那先 蜡烛的火焰一种生活亮度相同,但距离当我们当我们当我们 儿越远,在当我们当我们当我们 儿眼中就显得更黯淡。同样,那先 Ia型超新星都有相同的规律。用天文学的词汇表述,之前 Ia型超新星的视亮度(及其变化情况报告)与距离有着严格的对应关系。之前 ,它们成为可需要用来测定距离的“标准烛光”。

  不过,宇宙中的实际情况报告要比这更复杂性。当我们当我们当我们 儿的宇宙都有静止的,自138亿年前的大爆炸后,它就在持续向外膨胀。换句话说,所有许多天体都有远离当我们当我们当我们 儿而去。之类多普勒效应,对于正在远离当我们当我们当我们 儿的物体,当我们当我们当我们 儿看见的光线波长被拉长了,向波长更长的红光偏移。这人 问提,之前 红移。

  之前 ,天体远离当我们当我们当我们 儿的辦法 是如何的?是加速,减速运动运动时,还是保持不变?

  Ia型超新星可需要给出答案。它们的视亮度对应距离,红移则代表了远离当我们当我们当我们 儿的波特率。将会当我们当我们当我们 儿能获取不同距离处Ia型超新星的亮度、红移数据,就可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曾经的关系,明确宇宙是如何减速运动运动时膨胀的。没错,当时的科学界相信,引力的占据 使得天体间相互吸引,之前 宇宙膨胀的波特率正在放缓。

  之前 ,符合条件的Ia型超新星难以观测。为了处置局部不均一性的影响,当我们当我们当我们 要寻找的超新星,与地球的距离都超过了1/十个 可观测宇宙半径。之前 ,当我们当我们当我们 想到了文章开头的比对观测手段。

  在这人 观测辦法 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,当我们当我们当我们 共观测到了4有俩个 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:宇宙并都有减速运动运动时膨胀;相反,宇宙边缘正在加速离当我们当我们当我们 儿而去。

  1998年初,佩尔穆特团队公开发表了当我们当我们当我们 的结论。几乎同一时间,当我们当我们当我们 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。就曾经,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:当我们当我们当我们 儿的宇宙,正在加速膨胀。

  按照目前的认识,宇宙早期减速运动运动时膨胀,并在约200亿年前现在开始加速膨胀。

  引力在尝试将天体拉进,但宇宙却在加速膨胀。这说明,一定有一种生活未知的力量推动着宇宙的膨胀。尽管没办法 人能选取曾经的力量究竟是那先 ,但天文学家们还是定义出有俩个 贴切的名称:暗能量(dark energy)。

  现在,这人 结论早已成为主流科学界的共识,上述3位物理学家也之前 同時 获得了2011年的诺贝尔物理学奖。暗能量与普通物质、暗物质同時 构成了当我们当我们当我们 儿的宇宙,其中暗能量占据 了宇宙总质量的约70%。

  至于暗能量是那先 ,目前众说纷纭。其中一种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,真空中占据 少量虚粒子对,它们同時 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,另许多研究之前 须同的层厚(之类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,但那先 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。

  这人 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型超新星为那先 可需要用作测定距离的“标准烛光”吗?将会Ia型超新星的亮度和距离严格对应。曾经的结论,是根据数十年观测得出的经验关系。

  之前 ,此前的研究否有遗漏了许多因素?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。观测对象的选取也相当讲究。这项研究中有 了绝大多数邻近的早期宿主星系中的超新星——那先 早期的星系可需要被精选取年。而观测数据量之大,使得研究者有将会发现先前被遗漏的规律。

  最终,那先 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:那先 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%。

  将会这人 结论得到后续研究的证实,没办法 一场天体物理学革命势在必行。最直接的影响是,将会Ia型超新星继续被用作“标准烛光”,研究者需要根据超新星占据 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,之类宇宙的加速膨胀,又该如何处置?显然,科学家需要重新审视那先 结果。

  暗能量不占据 ?

  之前 当当我们当我们当我们 儿回顾佩尔穆特的研究。一颗Ia型超新星的红移程度选取了,而它看上去比预期更加黯淡。对于这人 问提,之前 的解释是:暗能量的占据 推动宇宙加速膨胀,之前 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将会性。当我们当我们当我们 儿考虑超新星亮度的演化,此前预测的宇宙运动情况报告需要改写。或许,宇宙仍然在加速膨胀,但暗能量的比例需要重新计算;又将会,更大胆许多,宇宙没办法 在加速膨胀,暗能量也根本不占据 ——所有这人 切,都有出于恒星群年龄的差异。

  在最新研究中,作者也验证了这人 将会性:将会暗能量真的不占据 ,通过恒星亮度随年龄的演化,也可需要模拟出之类的亮度-红移曲线。

根据恒星亮度随年龄的演化(图中红色曲线),也可需要模拟出之类的曲线。

  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’,但我不选取对于暗能量,非凡的证据否有占据 。当我们当我们当我们 儿的结果说明,通过超新星宇宙学推测出的暗能量,或许之前 基于错误前提的假象。”

  但无论如何,这人 结论还需要经过更多后续研究的检验。另外不须忘记,除了来自超新星的证据,暗能量还占据 许多间接证据,之类前面提到的宇宙微波背景辐射。宇宙微波背景辐射他不知道们,普通物质与暗物质过高 以填满宇宙的总能量,空缺的要素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,那先 新兴观点将通过检验,改写当我们当我们当我们 儿对宇宙组成、运动的认识;还是与物理学历史上的少量“重磅宣言”一样,之前 一幕越来很快被人遗忘的花絮?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