宇宙重量的最新研究:物理學家挑戰了宇宙學的標準模型

以亨德裡克·希爾德布蘭特（Hendrik Hildebrandt）教授為首的德國波鴻魯爾大學（Ruhr-Universitt Bochum）的天文學家團隊，對宇宙中物質的密度和結構有了新的認知。幾年前，希爾德布蘭特已經參與了一個研究聯盟，該聯盟指出了不同群體之間的數據差異。物質密度和結構的測定值根據測量方法而存在差異。

該研究團隊一項新的分析研究包括更多的紅外數據，使這種差異更加突出。他們的研究結果表明這是宇宙學標準模型中的缺陷，挑戰了宇宙學的標準模型，特別是最近分析的紅外數據可能起決定性作用。

如下圖所示包圍著數個疏散星團恆星的明亮大星雲的船底座星雲（Carina Nebula）。宇宙包含了許多不可思議的物體，宇宙學家正在嘗試權衡所有因素，尋找有關宇宙的基本問題的答案，例如宇宙中物質的密度有多大。

確定宇宙物質結構有兩種方法。

一種方法是可以根據宇宙微波背景來計算物質的密度和結構，宇宙微波背景是在大爆炸之後不久發出的，如今仍然可以測量，這是普朗克研究院使用的方法。

另一種方法是該研究團隊以及其他幾個團隊使用引力透鏡效應確定了物質的密度和結構：當高質量物體偏轉來自星系的光時，這些星系會以扭曲的形式出現在與實際上是從地球上看它們的時候不同的位置。基於這些變形，宇宙學家可以推斷出偏轉物體的質量，從而得出宇宙的總質量。

為此，研究人員需要知道光源、偏轉物體和觀察者之間的距離。研究人員在紅移的幫助下確定了這些距離，這意味著遙遠星系的光到達地球後就轉移到了紅色範圍內。

如上圖所示確定宇宙中的物質密度的第二種方法。為了利用引力透鏡效應確定宇宙中物質的密度，宇宙學家研究了遙遠的星系，這些星系通常以橢圓形出現。這些橢圓在天空中隨機定向：

在到達地球的途中，來自星系的光會通過高質量的物體，例如包含大量看不見的暗物質的星系團。結果，光線發生了偏轉，從地球上看時，星系似乎變形了。

由於光線傳播經過了很長的距離，因此會被大量物體反覆偏轉。來自彼此靠近的星系的光通常會通過相同的物體，因此以類似的方式偏轉。

因此，相鄰星系趨於以相似的方式畸變並指向相同的方向。研究人員探究了這種趨勢，以便推斷出偏轉物體的質量。

使用紅外數據的新校準

為了確定距離，宇宙學家因此拍攝了不同波長的星系圖像，例如一張在藍色範圍內，一張在綠色範圍內，一張在紅色範圍內；然後，確定各個圖像中星系的亮度。該研究團隊還提供了一些紅外範圍的圖像，以便更精確地確定距離。

普朗克研究院先前的分析已經表明，微波背景數據系統地偏離了引力透鏡效應數據。根據數據集，偏差或多或少是明顯的。在該研究團隊的研究中偏差明顯得多。

希爾德布蘭特說， 「我們的數據集是唯一基於引力透鏡效應並用其他紅外數據進行校準的數據集，」 「這可能是與普朗克數據更大偏差的原因。」

為了驗證這種差異，該研究小組使用類似的校準方法評估了另一個研究團體關於「暗能量調查」的數據集。結果，這些值與普朗克研究數據的偏差甚至更大。

如上圖所示，宇宙中的高質量物體並不是完美的引力透鏡。當它們使光偏轉時，會產生變形，生成的圖像看起來就像從酒杯的腳下往酒杯頂上看一樣。

目前，科學家們正在爭論數據集之間的差異是否實際上表明宇宙學標準模型是錯誤的還是不錯誤的。該研究團隊已經在對更全面的數據集進行新的分析，以提供進一步的見解。預計將在不久提供有關物質密度和結構的更精確數據。