宇宙学地震!暗能量根本不存在?

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  亲戚朋友的宇宙由普通物质、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。暗能量发生的直接证据,依赖于对一类特殊超新星的观测研究。但不可能 同类研究的前提条件一定会 错的,这样 暗能量还发生吗?宇宙否有和亲戚朋友预期的不一样?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前一天,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,将一座发生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”。你这名次,亲戚朋友成功了——第二张图片上多出了另一个像素点。进一步的分析确认,你这名点正是亲戚朋友寻找的目标: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。同类超新星的形成,也能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型超新星的质量一定会 一样的——达到1.4另一个太阳质量时,爆炸如期而至。正是不可能 质量相同,你这名超新星爆发时的峰值亮度一致。

  那我的行态,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。

  亲戚朋友很容易想象那我的画面:一列规格相同的蜡烛在亲戚朋友面前点燃,你这名蜡烛的火焰本身亮度相同,但距离亲戚朋友越远,在亲戚朋友眼中就显得更黯淡。同样,你这名Ia型超新星一定会 相同的规律。用天文学的词汇表述,就让我Ia型超新星的视亮度(及其变化状态)与距离有着严格的对应关系。就让我,它们成为还也能用来测定距离的“标准烛光”。

  不过,宇宙中的实际状态要比这更错综复杂。亲戚朋友的宇宙一定会 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,所有太大天体一定会 远离亲戚朋友而去。同类于多普勒效应,对于正在远离亲戚朋友的物体,亲戚朋友看见的光线波长被拉长了,向波长更长的红光偏移。你这名难题,就让我红移。

  就让我,天体远离亲戚朋友的措施是咋样的?是加速,抢挡 时,还是保持不变?

  Ia型超新星还也能给出答案。它们的视亮度对应距离,红移则代表了远离亲戚朋友的时延。不可能 亲戚朋友能获取不同距离处Ia型超新星的亮度、红移数据,就还也能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那我的关系,明确宇宙是咋样抢挡 时膨胀的。没错,当时的科学界相信,引力的发生使得天体间相互吸引,就让我宇宙膨胀的时延正在放缓。

  就让我,符合条件的Ia型超新星难以观测。为了防止局部不均一性的影响,亲戚朋友要寻找的超新星,与地球的距离都超过了1/八个可观测宇宙半径。就让我,亲戚朋友想到了文章开头的比对观测手段。

  在你这名观测措施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,亲戚朋友共观测到了4另一个超新星的数据。

  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:宇宙并一定会 抢挡 时膨胀;相反,宇宙边缘正在加速离亲戚朋友而去。

  1998年初,佩尔穆特团队公开发表了亲戚朋友的结论。几乎同一时间,亲戚朋友的竞争对手,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。就那我,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:亲戚朋友的宇宙,正在加速膨胀。

  按照目前的认识,宇宙早期抢挡 时膨胀,并在约30亿年前结束加速膨胀。

  引力在尝试将天体拉进,但宇宙却在加速膨胀。这说明,一定有本身未知的力量推动着宇宙的膨胀。尽管没其他同学能选者那我的力量究竟是你这名,但天文学家们还是定义出另一个贴切的名称:暗能量(dark energy)。

  现在,你这名结论早已成为主流科学界的共识,上述3位物理学家也就让我同时获得了2011年的诺贝尔物理学奖。暗能量与普通物质、暗物质同时构成了亲戚朋友的宇宙,其中暗能量发生了宇宙总质量的约70%。

  至于暗能量是你这名,目前众说纷纭。其中本身较为主流的理论认为,原因分析分析宇宙加速膨胀的“暗能量”源自真空能。根据量子力学理论,真空中发生大量虚粒子对,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,另太大研究也暂且同的深度(同类宇宙微波背景辐射和重子声波振荡)找到了暗能量发生的间接证据,但你这名证据都发生瑕疵。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。

  你这名充满勇气的结论,来自韩国延世大学领导的研究团队。

  还记得Ia型超新星为你这名还也能用作测定距离的“标准烛光”吗?不可能 Ia型超新星的亮度和距离严格对应。那我的结论,是根据数十年观测得出的经验关系。

  就让我,此前的研究否有遗漏了太大因素?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,以及发生美国亚利桑那州的6.5米口径多镜面望远镜,研究团队对约30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。观测对象的选者也相当讲究。这项研究涵盖了绝大多数邻近的早期宿主星系中的超新星——你这名早期的星系还也能被精选者年。而观测数据量之大,使得研究者有不可能 发现先前被遗漏的规律。

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

  不可能 你这名结论得到后续研究的证实,这样 一场天体物理学革命势在必行。最直接的影响是,不可能 Ia型超新星继续被用作“标准烛光”,研究者也能根据超新星发生的恒星群年龄校正观测结果。

  更重要的难题是,此前根据Ia型超新星得出的结论,同类宇宙的加速膨胀,又该咋样防止?显然,科学家也能重新审视你这名结果。

  暗能量不发生?

  让亲戚朋友回顾佩尔穆特的研究。一颗Ia型超新星的红移程度选者了,而它看上去比预期更加黯淡。对于你这名难题,前一天的解释是:暗能量的发生推动宇宙加速膨胀,就让我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不可能 性。当亲戚朋友考虑超新星亮度的演化,此前预测的宇宙运动状态也能改写。或许,宇宙仍然在加速膨胀,但暗能量的比例也能重新计算;又不可能 ,更大胆太大,宇宙这样 在加速膨胀,暗能量也根本不发生——所有你这名切,一定会 出于恒星群年龄的差异。

  在最新研究中,作者也验证了你这名不可能 性:不可能 暗能量真的不发生,通过恒星亮度随年龄的演化,也还也能模拟出同类的亮度-红移曲线。

根据恒星亮度随年龄的演化(图中红色曲线),也还也能模拟出同类的曲线。

  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,‘非凡的结论也能非凡的证据’,但我不选者对于暗能量,非凡的证据否有发生。亲戚朋友的结果说明,通过超新星宇宙学推测出的暗能量,或许就让我基于错误前提的假象。”

  但无论咋样,你这名结论还也能经过更多后续研究的检验。另外暂且忘记,除了来自超新星的证据,暗能量还发生太大间接证据,同类前面提到的宇宙微波背景辐射。宇宙微波背景辐射告诉亲戚朋友,普通物质与暗物质缺陷以填满宇宙的总能量,空缺的每种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,你这名新兴观点将通过检验,改写亲戚朋友对宇宙组成、运动的认识;还是与物理学历史上的大量“重磅宣言”一样,就让我一幕减慢被人遗忘的花絮?相信不久后,答案将水落石出。

  相关阅读:

  暗能量真的发生吗?

  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/9303023.pdf