最精確的暗能量測量證實(shí)宇宙不會分裂

十多年前，暗能量調(diào)查（DES）開始繪制宇宙地圖，以尋找可以幫助我們理解被稱為暗能量.

我是 100 多位貢獻(xiàn)的科學(xué)家之一，他們幫助制作了決賽DES測量，剛剛在第243屆美國天文學(xué)會會議在新奧爾良。

暗能量據(jù)估計，它占可觀測宇宙的近70%，但我們?nèi)匀徊幻靼姿鞘裁础ｋm然它的性質(zhì)仍然是神秘的，但暗能量的影響是大規(guī)模的。它的主要作用是驅(qū)動加速宇宙的膨脹.

新奧爾良的公告可能會讓我們更接近于更好地理解這種形式的能源。除其他外，它讓我們有機(jī)會根據(jù)一個叫做宇宙學(xué)常數(shù)這是阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）在1917年引入的，作為抵消方程中引力影響的一種方式，以實(shí)現(xiàn)既不膨脹也不收縮的宇宙。愛因斯坦后來將其從他的計算中刪除。

然而，宇宙學(xué)家后來發(fā)現(xiàn)，宇宙不僅在膨脹，而且膨脹在加速。這一觀察結(jié)果歸因于稱為暗能量的神秘量。

愛因斯坦的宇宙學(xué)常數(shù)概念實(shí)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結(jié)果是全球研究人員數(shù)十年工作的結(jié)晶，它提供了迄今為止對稱為“w”的難以捉摸的參數(shù)的最佳測量之一，該參數(shù)代表“狀態(tài)方程式“的暗能量。自1998年發(fā)現(xiàn)暗能量以來，其狀態(tài)方程的值一直是一個基本問題。

這種狀態(tài)描述了物質(zhì)的壓力與能量密度之比。宇宙中的一切都有一個狀態(tài)方程式。

它的值告訴你一種物質(zhì)是否是類似氣體的、相對論的（由愛因斯坦的相對論描述），或者它是否表現(xiàn)得像流體。計算這個數(shù)字是真正理解暗能量真實(shí)本質(zhì)的第一步。

我們對 w 的最佳理論預(yù)測它應(yīng)該正好是負(fù) 1 （w=-1）。這個預(yù)言還假設(shè)暗能量是愛因斯坦提出的宇宙學(xué)常數(shù)。

顛覆預(yù)期

負(fù)一的狀態(tài)方程告訴我們，隨著暗能量的能量密度增加，負(fù)壓也隨之增加。宇宙中的能量密度越大，排斥力就越大——換句話說，物質(zhì)對其他物質(zhì)的推動力就越大。這導(dǎo)致了一個不斷膨脹、加速的宇宙。這聽起來可能有點(diǎn)奇怪，因?yàn)樗c我們在地球上所經(jīng)歷的一切相悖。

這部作品使用了我們對宇宙膨脹歷史最直接的探究：Ia型超新星.這些是恒星爆炸的一種類型，它們充當(dāng)了一種宇宙標(biāo)尺，使我們能夠測量宇宙深處的驚人距離。然后可以將這些距離與我們的期望進(jìn)行比較。這與25年前用于檢測暗能量存在的技術(shù)相同。

現(xiàn)在的區(qū)別在于我們超新星樣本的大小和質(zhì)量。使用新技術(shù)，DES 團(tuán)隊在很寬的距離范圍內(nèi)擁有 20 倍的數(shù)據(jù)。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(yù)測的精確減一值。這可能表明它不是宇宙學(xué)常數(shù)。然而，這種測量的不確定性足夠大，允許在5%的幾率下負(fù)1，或者投注賠率只有20比1。這種程度的不確定性還不足以說任何一種方式，但這是一個很好的開始。

檢測希格斯玻色子2012年大型強(qiáng)子對撞機(jī)的亞原子粒子需要一百萬比一的幾率。

但是，此測量可能發(fā)出信號“Big Rip”模型的終結(jié)其狀態(tài)方程比一個更負(fù)。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(tǒng)甚至?xí)r空本身拉開。這讓我松了一口氣。

像往常一樣，科學(xué)家們需要更多的數(shù)據(jù)，而這些計劃已經(jīng)在進(jìn)行中。DES的結(jié)果表明，我們的新技術(shù)將適用于未來的超新星實(shí)驗(yàn)歐空局的歐幾里得任務(wù)（2023 年 7 月啟動）和智利新的維拉魯賓天文臺。這個天文臺應(yīng)該很快會使用其望遠(yuǎn)鏡在施工后拍攝第一張?zhí)炜請D像，從而一窺其能力。

這些下一代望遠(yuǎn)鏡可以發(fā)現(xiàn)數(shù)千顆超新星，幫助我們對狀態(tài)方程進(jìn)行新的測量，并進(jìn)一步闡明暗能量的本質(zhì)。

羅伯特·尼科爾，副校長兼執(zhí)行院長，薩里大學(xué)

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