宇宙開始變得有點怪異 膨脹速度太快可能變得更薄!

北京新浪網 09-15 09:03

新浪科技訊 日期:9月15日消息,據國外媒體報導,目前,宇宙開始變得有點怪異,近幾年來,宇宙學家一直被宇宙膨脹速度的差異性所困擾,依據早期宇宙釋放的遠古光線,他們能分析出宇宙膨脹速度,但顯然現代宇宙膨脹速度太快了。對此科學家提出一個重要線索,認為大家忽略了宇宙的基本成分,或者忽略了這些基本成分是如何混合在一起。

目前,科學家提出第二個重要線索——「宇宙可能形成的標準模型」,今年7月底,科學家宣稱,現代宇宙看起來出乎意料地薄,星系、氣體和其他物質並未按照預期那樣聚集在一起。早先的一項研究也給出了類似的提示,但目前科學家基於7年觀測數據的最新分析,是迄今最為清晰地指向異常現象的獨立證據。

加拿大滑鐵盧大學宇宙學家邁克爾·哈德森(Michael Hudson)說:「如果現在將天體物理學家聚在一起,那麼所有的討論都將圍繞以上結果展開。」像大多數測量當今宇宙大尺度結構的方法一樣,該項研究充滿了技術挑戰和各種困難,也有可能最終結果具有偶然性。然而,一些研究人員想知道,是否越古怪的測量方法能預示著發現一種新的宇宙介質。

哈德森說:「我們已發現宇宙存在暗物質和暗能量,我不希望再引入其他什麼『暗事物』。」

另一組警鐘

研究宇宙結構的主要困難主要在於宇宙是無形的,天文學家在星系聚集成閃亮星團的區域能觀測到較大的宇宙結構,但是他們仍然無法察覺到昏暗的氣體束,這些氣體束以節點的形式編織成一個巨大的宇宙網路。更糟糕的是,大多數人認為星系和氣體軌跡只不過是構成宇宙大部分無形「暗物質」的堅固框架上的裝飾性金屬絲。

這項最新調查是迄今為止揭示宇宙不可見事物的最完善技術實施,當來自遙遠星系的光線到達地球時,它經過了暗物質纖維和昏暗的氣體雲,較密集區域將對星系光線產生引力牽引,使光線路徑發生扭曲。當遙遠星系的光線到達地球陸基望遠鏡時,它已發生了微妙地扭曲變化,可能被擠壓成一個誇張的橢圓結構。然後,天文學家試圖通過測量分佈在廣袤宇宙區域的大量遙遠星系的形狀統計扭曲現象,從而繪製不可見的暗物質。

在這項最新研究中,「千度勘測(KiDS)」是一項天文廣域勘測活動,觀察了地球100億光年之外的3100萬個星系,然後天文學家利用這些觀測數據計算宇宙隱藏氣體和暗物質的平均分佈,結果顯示宇宙氣體和暗物質比之前創立的宇宙模型——冷暗物質模型(ΛCDM)稀薄10%。

從統計學角度看,這種差異非常大,以至於取樣不均導致結果誤差概率約1400分之一,遠高於該領域的嚴格標準(誤差概率為170萬分之一)。英國愛丁堡大學宇宙學家瑪麗卡·阿斯加里(Marika Asgari)稱,這種令人緊張的差異數據令人耐以尋味或者引發人們的好奇心。更重要的是,其他獨立測量結果也支持這樣的發現,即現今的宇宙似乎變薄了。

哈德森說:「這是另一組警鐘!」他試圖通過觀察星系如何在宇宙中漂浮來解釋宇宙中隱藏的神秘物質,如果這些神秘物質完美地分佈在宇宙之中,宇宙的膨脹過程會以一種被稱為「哈勃流」的漂移運動,將所有宇宙物質平移地分離。然而,宇宙充滿了空隙和富含暗物質的超星系團,超星系團的引力將星系拉得更近,而宇宙空隙則讓星系「自由漂移」。通過測量超新星的「特殊速度」——偏離哈勃流的速度等級,哈德森和同事繪製了宇宙隱藏質量地圖。

2015年,哈德森首次暗示宇宙還沒有聚集足夠多的物質,隨後的本動速度地圖描繪了同樣令人不解的物質平滑移動。他和同事在今年7月份發表了一份研究報告,推斷出一種缺少宇宙物質聚塊的現象,幾乎和千度勘測(KiDS)發現的結果相近——宇宙中的氣體和暗物質比之前創建的宇宙模型稀薄10%。

此外,在過去8年時間里,科學家使用不同技術至少進行了12次調查發現,結果顯示現今的宇宙有點薄了。每項研究本身並沒有什麼意義,但一些宇宙學家越來越懷疑,所有的測量結果都低於理論預測,而不是宇宙物質均勻分佈。

哈德森說:「當你開始在一大堆不同數據集中發現共同特徵時,我想這足以說明點什麼了!」

矛盾的異常現象

如果現今的宇宙開始變薄,科學家仍不清楚其具體的意義。宇宙的標準模型與觀測結果非常吻合,理論家們不能隨意添加新數據,對早期宇宙最精確的測量來自普朗克的合作項目,該項目於2018年公佈了最終結果,美國杜克大學研究宇宙膨脹率的宇宙學家丹尼爾·斯科拉尼克(Daniel Scolnic)稱,我們很難提出不突破普朗克測量結果的研究結果。

他們現在試圖完成兩項相互矛盾的任務,為了解決宇宙膨脹的原始問題,他們需要一種能給宇宙一個額外推力的現象,但要解決這個新的異常現象,他們必須削弱使宇宙凝聚的引力影響。當這兩個問題擺在一起時,普朗克合作小組成員、德國亞琛工業大學理論宇宙學家朱利安·萊古爾格斯(Julien Lesgourgues)說:「對這兩個問題進行合理解釋真得很難,就像一場噩夢!」

例如:為了解釋宇宙膨脹速度,一些理論學家試圖在早期宇宙中加入「暗輻射」理論,但是他們必須用額外的宇宙物質平衡額外的宇宙輻射,這些宇宙物質會使宇宙變得更厚。因此,對於現今所觀測到的宇宙,必須是各種暗成分之間創造額外的相互作用,才實現宇宙變得更薄。

另一種可能性是,將宇宙聚集在一起的暗物質轉變成暗能量,從而促使宇宙物質分離;也可能是地球處於一個巨大的宇宙空隙,導致我們的觀測結果發生了扭曲。或者這兩種異常現象可能毫無關聯,哈德森說:「我還沒有觀測到任何令人信服的事物,但如果我是一個理論學家,我現在會非常興奮!」

隨著觀測數據逐漸增多,其中一種或者兩種解釋觀點將被推翻,千度勘測(KiDS)是當前正在進行的三個弱引力透鏡勘測調查之一,另外兩個是在智利進行的國際暗能量調查,以及基於夏威夷斯巴魯望遠鏡進行的日本「超主焦點相機(Hyper Suprime-Cam)」調查項目。每一個勘測調查都可以掃描宇宙不同區域,不同深度。暗能量調查的最新活動結果將在未來幾個月公佈,該勘測活動覆蓋宇宙範圍是千度勘測的五倍,每個人都在期待著,這將宇宙學的下一個重大發現!

美國杜克大學的邁克爾·特路賽(Michael Troxel)在暗能量調查中從事弱引力透鏡工作,他讚揚了KiDS研究團隊將這項技術推向了精確新高度,並且覆蓋了前所未有的宇宙空間。但他也強調稱,堆積如山的技術挑戰使我們很難深入解讀一種測量方法。在數十億光年的距離上,星系看上去只是像素,使得對其形狀的分析變得非常複雜。研究人員還需要知道每個星系距離我們有多遠,距離產生的不確定性處理可能會弱化或者誇大這種張力。(葉傾城)

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