宇宙根本沒有加速膨脹?新的證據表明,暗能量的關鍵假設是錯誤的

2020-12-04 魅力科學君

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現代宇宙學認為,我們所處的宇宙是由暗能量、暗物質以及普通物質組成(其中暗能量所佔比例為68.3%,暗物質為26.8%,而普通物質卻只有4.9%)。根據相關描述,暗能量雖然看不見也摸不著,但是它卻能推動宇宙加速膨脹,我們先來看看科學家是怎麼發現暗能量的。

由兩顆恆星組成的雙星系統在宇宙中是很常見的,假如某個雙星系統中有一顆恆星演化成了緻密的白矮星,而另一顆則演化成了鬆散的巨星,那麼白矮星就會源源不斷地吸收巨星的物質,當白矮星的質量增加到太陽質量的1.44倍的時候,巨大的引力就會點燃失控的熱核反應,從而發生威力驚人的超新星爆發。

這種類型的超新星爆發被稱為「Ia型超新星」,因為它們總是在達到1.44倍太陽質量的時候爆發,所以所有的「Ia型超新星」的亮度都是一樣的,這使得它們的視亮度(觀察者看到的亮度)與距離有著非常準確的對應關係。

這種對應關係可以用一個簡單的場景來說明,比如說我們將一列有一定間距的、規格相同的蠟燭同時點燃,然後站在這個蠟燭隊列的一端來觀察,這時我們就會發現,雖然這些蠟燭的亮度是基本上一樣的,但是在我們的眼中,離我們越遠的蠟燭,其發出的光就越黯淡,根據某根蠟燭的明暗程度,我們就可以計算出這根蠟燭與我們之間的距離。

這樣的特徵使得「Ia型超新星」成為了科學家研究宇宙天體運行規律的重要工具,而暗能量的發現,也跟「Ia型超新星」息息相關。1998年,三位來自於不同研究團隊的科學家公開宣布,通過對宇宙中大量「Ia型超新星」的觀測和分析,他們確認了宇宙正在加速膨脹。在隨後的日子裡,科學界很快認同了這一結論,並推測導致宇宙加速膨脹的正是暗能量,這三位科學家也因此在2011年獲得了諾貝爾物理學獎。

我們可以看到,證明暗能量真實存在有一個關鍵的假設,那就是「Ia型超新星」的亮度都是一樣的,其視亮度只與距離有關係。因此可以說,假如這個假設是錯誤的,那麼暗能量就會被打上一個碩大的問號。

2020年1月,一個由韓國延世大學的李永旭(Young-Wook Lee)教授帶領的研究團隊公布了自己的研究成果,這位韓國科學家指出,新的證據表明,暗能量的關鍵假設是錯誤的。

該研究團隊致力於利用高精度的天文望遠鏡(包括位於智利的「拉斯坎帕納斯」天文望遠鏡,以及位於美國亞利桑那州的MMT多鏡面望遠鏡)對60個星系的進行了高質量的觀測與分析,其主要研究對象就是這些星系中的超新星。

在耗時9年之後,該團隊得出了一個重要的結論,即超新星的絕對亮度與恆星群的年齡密切相關(據悉這個結論的置信度高達99.5%),換句話說就是,所有根據研究「Ia型超新星」而得出的有關暗能量的結論,都是靠不住的。

根據這個結論研究人員指出,即使沒有暗能量的存在,通過恆星亮度隨著年齡的演化過程,也可以模擬出類似的紅移-亮度的曲線(如下圖所示)。因此我們就得到了一個大膽的結論,即:暗能量根本就不存在,宇宙也沒有加速膨脹。

需要指出的是,由於關係重大(這動搖了現代宇宙學中的根基),科學界還要對這個研究成果進行更多、更細緻的後續研究,才能給出最終的定論。另外要說的是,暗能量的證據並非只來自「Ia型超新星」,比如說宇宙微波背景輻射就能間接證明暗能量的存在。

參考資料:Early-Type Host Galaxies of Type Ia Supernovae. II. Evidence for Luminosity Evolution in Supernova Cosmology

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