暗能量調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的一顆超新星（左）對比了遙遠的類星體（右）（圖片來源:uux.cn/DES Collaboration/noir lab/NSF/AURA/m . Zamani）
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（羅伯特·李）：暗能量相機對1500多顆超新星進行的調(diào)查對宇宙的加速膨脹施加了強大的限制。
研究結(jié)果表明，量調(diào)驅(qū)動這種宇宙加速的宇宙神秘力量——暗能量——可能會隨著時間的推移而改變，其密度會發(fā)生變化，膨脹這使宇宙學(xué)的提供標準模型受到質(zhì)疑。
作為暗能量調(diào)查的見解一部分，這些結(jié)果是長達查由單一儀器采集的最大超新星樣本提供的。20世紀90年代末，量調(diào)人們發(fā)現(xiàn)宇宙不僅在膨脹，宇宙而且還在加速膨脹，膨脹超新星對這一發(fā)現(xiàn)至關(guān)重要。提供
這對物理學(xué)家來說是見解一個巨大的驚喜，他們曾預(yù)計在大爆炸期間宇宙最初的長達查快速膨脹之后。宇宙膨脹本應(yīng)放緩，量調(diào)但它正在加速。宇宙
暗能量被認為是宇宙未知方面導(dǎo)致神秘而令人不安的宇宙加速的占位符，但科學(xué)家無法確定它是什么。現(xiàn)在認為暗能量占宇宙總能量和物質(zhì)的65%到70%，這一事實使問題更加復(fù)雜。
智利北部塞羅托洛美洲天文臺的Víctor M. Blanco 4米望遠鏡上安裝的暗能量相機進行的暗能量調(diào)查表明，對超新星的觀測仍然是解開25年前此類調(diào)查引發(fā)的謎團不可或缺的一部分。
新的暗能量調(diào)查結(jié)果于2024年1月8日在美國天文學(xué)會第243次會議上發(fā)布，其背后的團隊補充說，它們與宇宙學(xué)的標準模型一致，即所謂的“λ冷暗物質(zhì)”模型（CDM），該模型的特征是宇宙加速膨脹。
在宇宙138億年的歷史中，這給膨脹史帶來了最嚴格的限制，但也給更復(fù)雜的宇宙模型留下了喘息的空間。
用標準蠟燭研究暗能量
為了收集這些數(shù)據(jù)，費米實驗室建造的5.7億像素暗能量相機觀察了地球上空758個夜晚，觀察了200萬個遙遠的星系。在這些照片中，這臺強大的相機發(fā)現(xiàn)了數(shù)千顆超新星。
在這些樣本中，機器學(xué)習(xí)能夠確定1，499個是一種特殊類型的恒星爆炸，稱為Ia型超新星。當被稱為白矮星的死亡恒星與另一顆恒星存在于雙星系統(tǒng)中時，就會發(fā)生這種情況。白矮星長期以來一直消耗氫來驅(qū)動核聚變并在其核心轉(zhuǎn)化為氦。
白矮星從它們的伴星或“施主”恒星上拖動物質(zhì)，隨著這些物質(zhì)在死亡的恒星上堆積，它可以將白矮星推至所謂的錢德拉塞卡極限之外。這是恒星成為超新星所需的質(zhì)量極限。
這些Ia型超新星非常均勻，以至于科學(xué)家將其稱為“標準蠟燭”，它們的光可以用來測量宇宙中的巨大距離。
此外，由于來自遙遠物體的光的波長向電磁波譜的紅色端延伸，這一過程被稱為“紅移”，隨著它們遠離地球，不同距離的標準蠟燭的均勻光輸出可用于測量宇宙的膨脹。
因此，將較近的Ia型超新星的紅移與較遠的白矮星爆炸的紅移進行比較，可以暗示這種膨脹的強度以及宇宙歷史相應(yīng)時期的暗物質(zhì)密度。
顯示超新星在宇宙中不同距離和不同時間紅移的插圖。更早更遠的超新星紅移更多。（圖片來源:uux.cn/DES Collaboration）
新的暗能量調(diào)查結(jié)果是已知超新星數(shù)量的三倍，紅移約為0.2，這相當于距離約25億光年。它是已知標準蠟燭數(shù)量的五倍，紅移約為0.5，這與大約60億光年的距離相關(guān)。
暗能量調(diào)查工作組成員、昆士蘭大學(xué)教授塔瑪拉·戴維斯在一份聲明中說:“與25年前相比，這是一次真正的大規(guī)模提升，當時只有52顆超新星被用來推斷暗能量。”
暗能量并不總是如此密集
在如此寬的宇宙距離范圍內(nèi)，Ia型超新星的樣本量如此之大，當結(jié)合這些爆炸的距離和它們遠離地球的速度時，研究小組可以追蹤到宇宙膨脹的記錄。
這表明暗能量密度是否保持穩(wěn)定，而事實似乎并非如此。
“隨著宇宙的膨脹，物質(zhì)密度下降，”暗能量調(diào)查主任兼發(fā)言人里奇·克朗在同一份聲明中說。“但如果暗能量密度是一個常數(shù)，那就意味著暗能量的總比例肯定隨著體積的增加而增加。”
這可能是對宇宙CDM模型的挑戰(zhàn)，CDM模型是一個數(shù)學(xué)模型，描述了宇宙如何在物質(zhì)密度、物質(zhì)類型和暗能量行為等幾個關(guān)鍵特征的情況下演化。
這是因為CDM假設(shè)暗能量的密度是恒定的，并且不會隨著宇宙的膨脹而稀釋，這些超新星調(diào)查結(jié)果表明這可能不是真的。
追蹤宇宙膨脹歷史的圖表（圖片來源:uux.cn/DES合作）
“有誘人的跡象表明暗能量會隨時間變化。我們發(fā)現(xiàn)暗能量的最簡單模型——λCDM——并不是最合適的，”戴維斯補充道。“我們已經(jīng)排除了這種可能性，但在探索什么在加速宇宙膨脹的過程中，這是一個有趣的新難題。可能需要更復(fù)雜的解釋。”
這個難題的答案可能要等到下一代超新星調(diào)查開始并從暗能量調(diào)查中獲得。
美國國家科學(xué)基金會天文科學(xué)部項目主任奈杰爾·夏普在同一份聲明中說:“這一結(jié)果清楚地表明了天文觀測項目的價值，這些項目在數(shù)據(jù)收集結(jié)束后仍能產(chǎn)生出色的科學(xué)成果。”
“我們需要盡可能多的不同方法來了解暗能量是什么，不是什么。這是實現(xiàn)這種理解的重要途徑。”
暗能量調(diào)查結(jié)果已經(jīng)提交給《天體物理學(xué)雜志》。