科技资讯网
 

华录蓝光 数码条记本整机 办公配备收集配备无线收集 挪动存储数字家电安防照相东西显示配备游戏 办公耗材
 

首页 > 科技探究 > 正文

宇宙学地动!暗能量基本不保管?

时间:2020-01-09 11:48:11 根源:举世科学 评论:0 点击:0

  我们的宇宙由一般物质、暗物质和暗能量构成——自从20世纪末,天文学家发明宇宙加速膨胀以后,“暗能量”的看法早已深化人心。暗能量保管的直接证据,依赖于对一类特别超新星的观测研讨。但假如这类研讨的条件条件都是错的,那么暗能量还保管吗?宇宙是否和我们预期的不相同?现,韩国延世大学的一项研讨就对宇宙学的基本发动了挑衅……

  1992年4月的一天,赶满月的明亮光芒掩蔽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)率领团队,将一座位于西班牙拉帕尔马岛的天文千里镜瞄准了一片遥远的天区。3周前的新月之夜,这座千里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“找差别”。这一次,他们胜利了——第二张图片上众出了一个像素点。进一步的剖析确认,这个点恰是他们寻找的目标: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,代外了一颗Ia型超新星。

  标准烛光

  所谓超新星,是演化末期猛烈爆炸的恒星。对天文学家来说,Ia型超新星有着特别的位置。这类超新星的变成,需求白矮星与巨星构成的双星体系:跟着白矮星不时接纳巨星中的氢,最终它将不堪重负,内部激起烧核聚变,释放的光芒一刹时照亮通通宇宙。幽默的是,通通Ia型超新星的质料都是相同的——抵达1.44个太阳质料时,爆炸准期而至。恰是因为质料相同,这些超新星爆发时的峰值亮度同等。

  如许的特征,使得Ia型超新星承当起至关主要的任务:为天文学家寻找宇宙的运动法则。

  我们很容易念象如许的画面:一列规格相同的烛炬我们目下点燃,这些烛炬的火焰本身亮度相同,但间隔我们越远,我们眼中就显得更黯淡。同样,这些Ia型超新星也有相同的法则。用天文学的词汇外述,便是Ia型超新星的视亮度(及其改造状况)与间隔有着厉厉的对应联系。于是,它们成为可以用来测定间隔的“标准烛光”。

  不过,宇宙中的实行状况要比这更繁杂。我们的宇宙不是静止的,自138亿年前的大爆炸后,它就继续向外膨胀。换句话说,通通其他天体都远离我们而去。相似于众普勒效应,关于正远离我们的物体,我们瞥睹的光芒波长被拉长了,向波长更长的红光偏移。这个现象,便是红移。

  可是,天体远离我们的方法是怎样的?是加速,减速,照旧保持稳定?

  Ia型超新星可以给出谜底。它们的视亮度对应间隔,红移则代外了远离我们的速率。假如我们能获取差别间隔处Ia型超新星的亮度、红移数据,就可以绘制出宇宙的膨胀地图。

  秘密促进力

  佩尔穆特团队恰是期望通过如许的联系,明晰宇宙是怎样减速膨胀的。没错,当时的科学界置信,引力的保管使得天体间互相吸引,于是宇宙膨胀的速率正放缓。

  可是,契合条件的Ia型超新星难以观测。为了避免部分不均一性的影响,他们要寻找的超新星,与地球的间隔都超越了1/3个可观测宇宙半径。于是,他们念到了作品开端的比对观测手腕。

  这种观测方法的可行性取得验证后,研讨团队取得了包罗哈勃千里镜内的众台强大千里镜的运用权。截至1997年,他们共观测到了42个超新星的数据。

  然而,跟着间隔-红移联系图上的数据点渐渐添加,研讨团队却取得了预料除外的结论:宇宙并不是减速膨胀;相反,宇宙边沿正加速离我们而去。

  1998年头,佩尔穆特团队公然拓外了他们的结论。确实同一时间,他们的逐鹿对手,布莱恩·施密特(Brian Schmidt)和亚当·里斯(Adam Riess)指导的团队也发外了相同的结论。就如许,两支团队的结论互相映衬,为属于物理学的20世纪打出掷地有声的句号:我们的宇宙,正加速膨胀。

  按照目前的看法,宇宙早期减速膨胀,并约50亿年前开端加速膨胀。

  引力实验将天体拉进,但宇宙却加速膨胀。这阐明,必定有某种未知的力气促进着宇宙的膨胀。尽管没有人能确定如许的力气终究是什么,但天文学家们照旧定义出一个贴切的名称:暗能量(dark energy)。

  现,这个结论早已成为主流科学界的共鸣,上述3位物理学家也于是配合取得了2011年的诺贝尔物理学奖。暗能量与一般物质、暗物质配合构成了我们的宇宙,此中暗能量占领了宇宙总质料的约70%。

  至于暗能量是什么,目前众口纷纭。此中一种较为主流的表面认为,导致宇宙加速膨胀的“暗能量”源自真空能。依据量子力学表面,真空中保管大宗虚粒子对,它们同时生成后,又刹时互相湮灭。由此发生的真空能起到排斥引力的效果,促进着空间向外延迟。

  此后,另少许研讨也从差别的角度(比如宇宙微波配景辐射和重子声波振荡)找到了暗能量保管的间接证据,但这些证据都保管瑕疵。直到现,支撑暗能量表面最稳固的证据,仍然是宇宙加速膨胀。

  亮度与年事

  但2020年的第一周,暗能量大厦的基本却遭到摆荡。

  这个充满勇气的结论,来自韩国延世大学指导的研讨团队。

  还记得Ia型超新星为什么可以用作测定间隔的“标准烛光”吗?因为Ia型超新星的亮度和间隔厉厉对应。如许的结论,是依据数十年观测得出的体验联系。

  可是,此前的研讨是否脱漏了某些因素?这篇最新论文中,研讨团队就对Ia型超新星举行了一次大范围的“巡检”。

  运用智利的2.5米口径拉斯坎帕纳斯天文千里镜,以及位于美国亚利桑那州的6.5米口径众镜面千里镜,研讨团队对约60个星系睁开了为期9年的高质料光谱观测,观测的信噪比抵达175:1。观测对象的挑选也相当讲究。这项研讨涵盖了绝大大都临近的早期宿主星系中的超新星——这些早期的星系可以被准确定年。而观测数据量之大,使得研讨者有时机发明先前被脱漏的法则。

  最终,这些科学家即将发外于《天体物理学杂志》的论文中,发外了令人诧异的结论:这些超新星的绝对亮度与恒星群年事相关,两者之间保管分明的相关性(年青的超新星亮度较低)。该结论的置信度抵达99.5%。

  假如这个结论取得后续研讨的标明,那么一场天体物理学革命势必行。最直接的影响是,假如Ia型超新星继续被用作“标准烛光”,研讨者需求依据超新星所处的恒星群年事校正观测结果。

  更主要的题目是,此前依据Ia型超新星得出的结论,比如宇宙的加速膨胀,又该如那处理?分明,科学家需求从头审视这些结果。

  暗能量不保管?

  让我们回忆佩尔穆特的研讨。一颗Ia型超新星的红移程度确定了,而它看上去比预期更加黯淡。关于这个现象,之前的标明是:暗能量的保管促进宇宙加速膨胀,于是超新星的间隔比预念的更远。

  但现,最新的研讨提出了全新的可以性。当我们思索超新星亮度的演化,此前预测的宇宙运动形态需求改写。大约,宇宙仍然加速膨胀,但暗能量的比例需求从头盘算;又或者,更大胆一点,宇宙没有加速膨胀,暗能量也基本不保管——通通这通通,都是出于恒星群年事的差别。

  最新研讨中,作家也验证了这种可以性:假如暗能量真的不保管,通过恒星亮度随年事的演化,也可以模拟出相似的亮度-红移弧线。

依据恒星亮度随年事的演化(图中血色弧线),也可以模拟出相似的弧线。

  指导这项最新研讨的Young-Wook Lee传授承受采访时援用了卡尔·萨根的名言:“萨根说,‘出众的结论需求出众的证据’,但我不确定关于暗能量,出众的证据是否保管。我们的结果阐明,通过超新星宇宙学推测出的暗能量,大约只是基于过失条件的假象。”

  但无论怎样,这个结论还需求颠末更众后续研讨的查验。另外不要遗忘,除了来自超新星的证据,暗能量还保管其他间接证据,比如前面提到的宇宙微波配景辐射。宇宙微波配景辐射告诉我们,一般物质与暗物质缺乏以填满宇宙的总能量,空白的部分就属于秘密的暗能量。尽管近期的研讨提出了不相同的标明,但同样,更众后续研讨不可或缺。

  最终,这些新兴看法将通过查验,改写我们对宇宙构成、运动的看法;照旧与物理学历史上的大宗“重磅宣言”相同,只是一幕很速被人遗忘的花絮?置信不久后,谜底将原形清楚。

  相关阅读:

  暗能量真的保管吗?

  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/9505023.pdf

返回频道: 科技探究
作品排行榜更众
近来更新更众