暗能量與宇宙膨脹

2020-12-04 解仁江

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暗能量與宇宙膨脹

文章來源：university today

原作：university today

翻譯：黃雪妮

校譯：牧夫天文校對小組

編排：王招君

後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文連結：https://www.universetoday.com/146380/a-new-test-confirms-dark-energy-and-the-expansion-of-the-universe/

「

在標準宇宙模型中，暗能量充滿了宇宙。它佔了宇宙的70%還多，並促使宇宙加速膨脹。但有一個問題是，當我們用不同的方法來測量宇宙膨脹的速度時，卻得到了不同的結果。

哈勃太空望遠鏡拍攝的NGC526超新星1994D照片

來源：NASA/ESA

有幾種方法可以測量宇宙膨脹速度。一種是測量遙遠星系的相對運動。這是通過觀察這些星系中的超新星發出的光來完成的。Ia型超新星有一個相當統一的標準亮度，所以通過測量它們的觀測亮度，我們可以知道它們所在星系的距離，然後與觀測到的星系紅移相比較，從而確定哈勃常數。科學家們正是用這種方法最先發現了宇宙是在加速膨脹的。

普朗克探測器捕捉到的宇宙微波背景輻射漲落

來源:ESA/普朗克

另一種方法是觀察宇宙微波背景。雖然宇宙微波背景溫度幾乎一致，約為3 K，但在天空的不同區域，溫度有細微的差異。這些差異的大小取決於宇宙膨脹的速度。普朗克探測器對宇宙微波背景的觀測給了我們一個很好的測量哈勃常數的方法。這是完全獨立於超新星測量方法的。原則上，這兩種測量方法得出的結果應該是一致的，但事實並非如此。

普朗克的測量結果給出的哈勃常數是67 - 68 (km/s)/Mpc，而超新星的觀測給出的卻是71 - 75 (km/s)/Mpc。在過去，由於這兩種測量的方法精確度不高，以至於它們的測量結果看起來差不多，但差別還是顯著的。這並不意味著暗能量理論是錯誤的，而是意味著我們對暗能量還有不了解的地方。

理解這些不同測量結果的困難之一是它們都依賴於對宇宙的某些假設。其中一個假設就是宇宙在空間上是平的。換句話說，我們從遙遠的星系看到的光基本上是沿著一條直線行進的。它並不會因宇宙整體的扭曲而變形。但是在普朗克數據中有一些證據表明空間可能有一個小的整體曲率。這有助於解釋為什麼不同測量方法會得出不同的結果。

暗能量曲率值

來源:Jeremy Tinker/SDSS-III

為了解決這個問題，天文學家們研究了其他測量宇宙膨脹的方法。一種方法是測量星系如何大規模聚集。星系團的形成是因為早期宇宙密度的微小差異，即重子聲學振蕩(BAO)。當引力試圖把星系拉得更近時，暗能量則試圖把它們分開。結果，星系形成了密集的超星系團，這些超星系團又被巨大的空隙隔開。這些空隙的大小使得我們能夠測量哈勃常數。

最近，一個研究小組對星系群進行了目前為止最全面的測量。他們有一些有趣的發現。首先，由於空隙的結構取決於暗能量和空間的整體形狀，研究小組確定宇宙在空間上是平的。宇宙曲率不能解釋不同的值。他們得到的哈勃常數是70 - 74 (km/s)/Mpc，這與超新星探測方法測量的結果一致。但他們的觀測主要集中在紅移z < 2的星繫上，也就是90億光年以內的星繫上。當他們增加來自更遙遠星系的數據時，測量結果變為68 - 70 (km/s)/Mpc，這更符合普朗克探測器的測量結果。

這一切都表明宇宙是平坦的，暗能量是非常真實的存在，但它仍有我們不能理解的奇怪之處。

責任編輯：艾宇熙

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