Don Lincoln是美国能源部Fermilab的资深科学家,Fer

日期:2018-09-18


    

只要我们保留了记录,人类就会惊叹于夜空。我们看了天堂,以确定众神的意志,并想知道这一切的意义。我们用肉眼可以看到的仅仅5000颗恒星几千年来一直是人类的伴侣。

现代天文设施向我们展示了宇宙不仅仅包含数千颗恒星 - 它仅由我们银河系中的数千亿颗恒星组成,拥有数万亿颗星系。天文台告诉我们宇宙的诞生和演变。并且,在8月3日,一个新设施首次发布实质性公告, 并增加了我们对宇宙的理解。它让我们看到了不可见的东西,它表明宇宙中物质的分布与预期有所不同。

该暗能量调查 (DES)是约400名科学家谁对一个五年的任务,研究遥远的星系回答有关宇宙的历史问题腾讯分分彩信誉好平台展开合作。它使用 连接到智利安第斯山脉Cerro Tololo美洲天文台的Victor M. Blanco 4米望远镜的暗能量相机(DEC)。DEC在美国伊利诺伊州巴塔维亚附近的费米实验室组装,是一部570万像素的摄像机,能够对遥远的星系进行成像,使得它的光线比最暗的可见恒星亮百万分之一。

暗能量和暗物质

DES正在寻找暗能量,暗能量是宇宙中提出的能量场,它是一种排斥形式的引力。当重力发挥不可抗拒的吸引力时,暗能量推动宇宙以不断增长的速度扩张。其效果最初是在1998年观察到的,我们对它的性质仍然有很多疑问。

然而,通过测量南部夜空中3亿个星系的位置和距离,该调查将能够对另一个被称为暗物质的天文之谜作出重要陈述。暗物质被认为是宇宙中普通物质的五倍。然而,它不与光,无线电波或任何形式的电磁能相互作用。并且它似乎不会聚集形成像行星和恒星这样的大型物体。

在暗能量调查中,由2600万个星系的引力透镜测量得到的暗物质图。

在暗能量调查中,由2600万个星系的引力透镜测量得到的暗物质图。

图片来源:芝加哥大学Kavli宇宙物理研究所和DES合作的Chihway Chang

没有办法直接看到暗物质(因此得名)。然而,通过分析星系旋转的速度可以间接地看到它的影响。如果计算星系可见质量所支持的旋转速度,您会发现它们的旋转速度超出应有的速度。根据所有权利,这些星系应该被撕裂。经过数十年的研究,天文学家得出结论,每个星系都含有暗物质,它产生了将星系固定在一起的额外引力。[ 关于引力的6个奇怪的事实 ]

宇宙中的暗物质

然而,在更大规模的宇宙中,研究单个星系是不够的。需要另一种方法。为此,天文学家必须采用一种称为引力透镜的技术。

引力透镜 在1916年被阿尔伯特·爱因斯坦预测,并于1919年由亚瑟·爱丁顿爵士首次观察到。爱因斯坦的广义腾讯分分彩信誉好平台相对论说我们所经历的引力实际上是由时空曲率引起的。由于光线在空间中以直线传播,如果时空是弯曲的,它将使观察者看起来好像光线正在穿过空间的弯曲路径。[ 8种方法你可以看到爱因斯坦在现实生活中的相对论 ]

可以利用这种现象来研究宇宙中暗物质的数量和分布。在遥远的星系(称为透镜星系)上观察的科学家,可以看到更远的星系(称为观测星系),可以看到观测到的星系的扭曲图像。失真与透镜星系的质量有关。由于透镜星系的质量是可见物质和暗物质的组合,因此引力透镜使科学家能够直接观察暗物质的存在和分布,这些物质与宇宙本身一样大。当一大群前景星系扭曲甚至更遥远的星系团的图像时,这种技术也有效,这是用于这种测量的技术。

是不是很多?

DES合作最近使用这种技术发布了一项分析。该团队研究了距地球四个不同距离的2600万个星系的样本。更接近的星系分辨了更远的星系。通过使用这种技术并仔细观察所有星系图像的失真,他们能够绘制出隐形暗物质的分布以及它在过去70亿年中的移动和聚集方式,或者说是半衰期的一半。宇宙。

正如所料,他们发现宇宙的暗物质是“块状的”。然而,有一个惊喜 - 它比以前的测量结果预测的要少一些。

其中一个相互矛盾的测量来自大爆炸后最早的残余无线电信号,称为宇宙微波背景(CMB)。CMB在其中包含了380,000年前宇宙中的能量分布。1998年,宇宙背景资源管理器(COBE)合作宣布CMB不是完全均匀的,而是在10万分之一的热点和冷点不同于1。威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)和普朗克卫星证实并改进了COBE测量。

在发射CMB和DES研究的时间之间的70亿年中,宇宙中那些较热的区域形成了宇宙结构的形成。在CMB中捕获的非均匀能量分布与重力的放大力相结合,导致宇宙中的一些斑点变得更密集而其他斑点变得更加密集。结果就是我们周围的宇宙。

CMB预测暗物质的分布有一个简单的原因:腾讯分分彩信誉好平台现在宇宙中物质的分布取决于它在过去的分布。毕竟,如果过去有一堆物质,那么这个问题会吸引附近的物质,并且丛生会增长。同样,如果我们要投射到遥远的未来,今天的物质分配会因同样的原因影响明天。

因此,科学家们在宇宙大爆炸后38万年使用了CMB的测量来计算70亿年后宇宙应该是什么样子。当他们将预测与DES的测量结果进行比较时,他们发现DES测量值比预测值略低。

图片不完整

这是一个大问题吗?也许。两次测量中的不确定性或误差足够大,这意味着他们不会以统计上显着的方式表达不同意见。这简单的意思是没有人能确定这两个测量结果真的不一致。可能是由于数据的统腾讯分分彩信誉好平台计波动或未考虑的小工具效应的偶然性而产生的差异。

即使该研究的作者也会建议谨慎。DES测量尚未经过同行评审。这些论文被提交出版,结果在会议上公布,但确定的结论应该等到裁判报告进来。

那么,未来是什么?DES有五年任务,其中记录了四年的数据。最近公布的结果仅使用了第一年的数据。最近的数据仍在分析中。此外,完整的数据集将覆盖5,000平方度的天空,而最近的结果仅覆盖1,500平方度,而同行只有一半的时间回溯。因此,这个故事显然不完整。直到2020年才能对整个数据集进行分析。

然而,今天采取的数据已经可能意味着我们对宇宙演化的理解可能存在紧张。而且,即使在分析更多数据时紧张局势消失,DES合作仍在继续进行其他测量。请记住,名称中的字母“DE”代表暗能量。这个小组最终能够告诉我们一些关于过去暗能量的行为以及我们可以期待在未来看到的东西。最近的测量只是一个科学上令人着迷的时代的开始。

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该文章的版本最初发表在 Live Science上。

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