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暗能量有可能根本不存在?!

2020年01月15日 00:01 来源:未知 手机版

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暗能量还存在吗?宇宙是否和我们预期的不一样?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……
我们的宇宙由普通物质、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。暗能量存在的直接证据,依赖于对一类特殊超新星的观测研究。但如果这类研究的前提条件都是错的,那么暗能量还存在吗?宇宙是否和我们预期的不一样?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,将一座位于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”。这一次,他们成功了——第二张图片上多出了一个像素点。进一步的分析确认,这个点正是他们寻找的目标: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。这类超新星的形成,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,内部引发热核聚变,释放的光芒在一瞬间照亮整个宇宙。有趣的是,所有Ia型超新星的质量都是一样的——达到1.44个太阳质量时,爆炸如期而至。正是因为质量相同,这些超新星爆发时的峰值亮度一致。
这样的特征,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。
我们很容易想象这样的画面:一列规格相同的蜡烛在我们面前点燃,这些蜡烛的火焰本身亮度相同,但距离我们越远,在我们眼中就显得更黯淡。同样,这些Ia型超新星也有相同的规律。用天文学的词汇表述,就是Ia型超新星的视亮度(及其变化情况)与距离有着严格的对应关系。因此,它们成为可以用来测定距离的“标准烛光”。
不过,宇宙中的实际情况要比这更复杂。我们的宇宙不是静止的,自138亿年前的大爆炸后,它就在持续向外膨胀。换句话说,所有其他天体都在远离我们而去。类似于多普勒效应,对于正在远离我们的物体,我们看见的光线波长被拉长了,向波长更长的红光偏移。这个现象,就是红移。
但是,天体远离我们的方式是怎样的?是加速,减速,还是保持不变?
Ia型超新星可以给出答案。它们的视亮度对应距离,红移则代表了远离我们的速度。如果我们能获取不同距离处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。
神秘推动力
佩尔穆特团队正是希望通过这样的关系,明确宇宙是怎样减速膨胀的。没错,当时的科学界相信,引力的存在使得天体间相互吸引,因此宇宙膨胀的速度正在放缓。
但是,符合条件的Ia型超新星难以观测。为了避免局部不均一性的影响,他们要寻找的超新星,与地球的距离都超过了1/3个可观测宇宙半径。因此,他们想到了文章开头的比对观测手段。
在这种观测方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,他们共观测到了42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:宇宙并不是减速膨胀;相反,宇宙边缘正在加速离我们而去。
1998年初,佩尔穆特团队公开发表了他们的结论。几乎同一时间,他们的竞争对手,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。就这样,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:我们的宇宙,正在加速膨胀。

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本文标签:超新星 宇宙 能量 观测 膨胀

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