最精确的暗能量测量证实宇宙不会分裂

十多年前，暗能量调查（DES）开始绘制宇宙地图，以寻找可以帮助我们理解被称为暗能量.

我是 100 多位贡献的科学家之一，他们帮助制作了决赛DES测量，刚刚在第243届美国天文学会会议在新奥尔良。

暗能量据估计，它占可观测宇宙的近70%，但我们仍然不明白它是什么。虽然它的性质仍然是神秘的，但暗能量的影响是大规模的。它的主要作用是驱动加速宇宙的膨胀.

新奥尔良的公告可能会让我们更接近于更好地理解这种形式的能源。除其他外，它让我们有机会根据一个叫做宇宙学常数这是阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）在1917年引入的，作为抵消方程中引力影响的一种方式，以实现既不膨胀也不收缩的宇宙。爱因斯坦后来将其从他的计算中删除。

然而，宇宙学家后来发现，宇宙不仅在膨胀，而且膨胀在加速。这一观察结果归因于称为暗能量的神秘量。

爱因斯坦的宇宙学常数概念实际上可以解释暗能量，如果它有一个正值（允许它符合宇宙的加速膨胀）。

DES结果是全球研究人员数十年工作的结晶，它提供了迄今为止对称为“w”的难以捉摸的参数的最佳测量之一，该参数代表“状态方程式“的暗能量。自1998年发现暗能量以来，其状态方程的值一直是一个基本问题。

这种状态描述了物质的压力与能量密度之比。宇宙中的一切都有一个状态方程式。

它的值告诉你一种物质是否是类似气体的、相对论的（由爱因斯坦的相对论描述），或者它是否表现得像流体。计算这个数字是真正理解暗能量真实本质的第一步。

我们对 w 的最佳理论预测它应该正好是负 1 （w=-1）。这个预言还假设暗能量是爱因斯坦提出的宇宙学常数。

颠覆预期

负一的状态方程告诉我们，随着暗能量的能量密度增加，负压也随之增加。宇宙中的能量密度越大，排斥力就越大——换句话说，物质对其他物质的推动力就越大。这导致了一个不断膨胀、加速的宇宙。这听起来可能有点奇怪，因为它与我们在地球上所经历的一切相悖。

这部作品使用了我们对宇宙膨胀历史最直接的探究：Ia型超新星.这些是恒星爆炸的一种类型，它们充当了一种宇宙标尺，使我们能够测量宇宙深处的惊人距离。然后可以将这些距离与我们的期望进行比较。这与25年前用于检测暗能量存在的技术相同。

现在的区别在于我们超新星样本的大小和质量。使用新技术，DES 团队在很宽的距离范围内拥有 20 倍的数据。这允许有史以来最精确的 w 测量之一，给出 -0.8 的值。

乍一看，这不是我们预测的精确减一值。这可能表明它不是宇宙学常数。然而，这种测量的不确定性足够大，允许在5%的几率下负1，或者投注赔率只有20比1。这种程度的不确定性还不足以说任何一种方式，但这是一个很好的开始。

检测希格斯玻色子2012年大型强子对撞机的亚原子粒子需要一百万比一的几率。

但是，此测量可能发出信号“Big Rip”模型的终结其状态方程比一个更负。在这样的模型中，宇宙将以越来越快的速度无限膨胀，最终将星系、行星系统甚至时空本身拉开。这让我松了一口气。

像往常一样，科学家们需要更多的数据，而这些计划已经在进行中。DES的结果表明，我们的新技术将适用于未来的超新星实验欧空局的欧几里得任务（2023 年 7 月启动）和智利新的维拉鲁宾天文台。这个天文台应该很快会使用其望远镜在施工后拍摄第一张天空图像，从而一窥其能力。

这些下一代望远镜可以发现数千颗超新星，帮助我们对状态方程进行新的测量，并进一步阐明暗能量的本质。

罗伯特·尼科尔，副校长兼执行院长，萨里大学

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