宇宙是由什么构成的?这个问题驱使了天文学家数百年。
在过去的25年里，科学家们一直认为，构成你、我、地球和我们所能看到的几乎所有东西的原子和分子等“正常”物质只占宇宙的5%。另外25%是“暗物质”，一种我们看不见的未知物质，但我们可以通过它如何通过引力影响正常物质来探测到它。
其余70%的宇宙是由“暗能量”构成的。这是一种未知形式的能量，于1998年被发现，据信它使宇宙以不断增长的速度膨胀。
在即将发表在《天文学杂志》上的一项新研究中，我们比以往任何时候都更详细地测量了暗能量的特性。我们的研究结果表明，它可能是爱因斯坦首先提出的一种假想的真空能量，也可能是某种随着时间而变化的更奇怪、更复杂的东西。
当爱因斯坦在一个多世纪前提出广义相对论时，他意识到他的方程表明宇宙应该要么膨胀要么缩小。这对他来说似乎是错误的，所以他增加了一个“宇宙常数”——一种真空中固有的能量——来平衡重力并保持宇宙静止。
后来，当亨丽埃塔·斯旺·莱维特和埃德温·哈勃的研究表明宇宙确实在膨胀时，爱因斯坦废除了宇宙常数，称其为“最大的错误”。
然而，在1998年，两组研究人员发现宇宙的膨胀实际上正在加速。这意味着与爱因斯坦的宇宙常数非常相似的东西可能存在——我们现在称之为暗能量。
自从这些最初的测量以来，我们一直在使用超新星和其他探测器来测量暗能量的本质。到目前为止，这些结果表明，宇宙中暗能量的密度似乎是恒定的。
这意味着暗能量的强度保持不变，即使宇宙在增长——它似乎不会随着宇宙变大而扩散得更薄。我们用一个叫做w的数字来测量它。爱因斯坦的宇宙常数实际上将w设置为-1，早期的观察表明这是正确的。
我们如何测量宇宙中有什么以及它增长的速度?我们没有巨大的卷尺或巨大的天平，所以我们使用“标准蜡烛”:我们知道太空中亮度的物体。
想象一下，现在是晚上，你站在一条有几根灯杆的长路上。这些极点都有相同的灯泡，但远的极点比近的极点更暗。
这是因为光随距离成比例地衰减。如果我们知道灯泡的功率，并能测量出灯泡的亮度，我们就能计算出到灯杆的距离。
对于天文学家来说，常见的宇宙灯泡是一种被称为Ia型超新星的爆炸恒星。这些是白矮星，它们通常会吸收邻近恒星的物质，并不断增长，直到它们达到太阳质量的1.44倍，这时它们就会爆炸。通过测量爆炸消退的速度，我们可以确定它的亮度，从而确定它离我们有多远。
暗能量调查是迄今为止测量暗能量的最大努力。来自多个大洲的400多名科学家在近十年的时间里共同努力，反复观察南方天空的部分地区。
反复的观察让我们寻找变化，比如新的爆炸恒星。你观察得越频繁，你就能更好地测量这些变化，你搜索的区域越大，你能找到的超新星就越多。
第一个表明暗能量存在的结果只用了几十颗超新星。暗能量调查的最新结果使用了大约1500颗爆炸的恒星，精度更高。
通过安装在智利塞罗-托洛洛美洲天文台的4米布兰科望远镜上的特制摄像机，该调查发现了数千颗不同类型的超新星。为了确定哪些是Ia型(我们需要测量距离的那种)，我们使用了位于新南威尔士州赛丁泉天文台的4米盎格鲁-澳大利亚望远镜。
英澳望远镜测量了超新星发出的光的颜色。这让我们看到了爆炸中各个元素的“指纹”。
Ia型超新星有一些独特的特征，比如不含氢和硅。有了足够多的超新星，机器学习使我们能够有效地对数千颗超新星进行分类。
最后，经过十多年的工作和对大约1500颗Ia型超新星的研究，暗能量调查得出了w的一个新的最佳测量值。我们发现w=-0.80±0.18，所以它介于-0.62和-0.98之间。
这是一个非常有趣的结果。它接近于-1，但不完全在这里。要成为宇宙常数，或者真空空间的能量，它必须恰好是-1。
这给我们带来了什么?他认为可能需要一个更复杂的暗能量模型，也许在这个模型中，这种神秘的能量在宇宙的生命中发生了变化。
更多信息:等人，暗能量调查:使用完整5年数据集的~1500个新的高红移Ia型超新星的宇宙学结果，arXiv(2024)。DOI: 10.48550 / arxiv.2401.02929
由The Conversation提供
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为什么宇宙在撕裂自己?一项新的研究表明，暗能量可能比我们想象的要复杂得多(2024年1月13日)
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