北京時間 9 月 15 日消息，據(jù)國外媒體報道，目前，宇宙開始變得有點(diǎn)怪異，近幾年來，宇宙學(xué)家一直被宇宙膨脹速度的差異性所困擾，依據(jù)早期宇宙釋放的遠(yuǎn)古光線，他們能分析出宇宙膨脹速度，但顯然現(xiàn)代宇宙膨脹速度太快了。對此科學(xué)家提出一個重要線索，認(rèn)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(xué)家提出第二個重要線索——“宇宙可能形成的標(biāo)準(zhǔn)模型”，今年 7 月底，科學(xué)家宣稱，現(xiàn)代宇宙看起來出乎意料地薄，星系、氣體和其他物質(zhì)并未按照預(yù)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(xué)家基于 7 年觀測數(shù)據(jù)的最新分析，是迄今最為清晰地指向異?，F(xiàn)象的獨(dú)立證據(jù)。
加拿大滑鐵盧大學(xué)宇宙學(xué)家邁克爾 · 哈德森(Michael Hudson)說：“如果現(xiàn)在將天體物理學(xué)家聚在一起，那么所有的討論都將圍繞以上結(jié)果展開。”像大多數(shù)測量當(dāng)今宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的方法一樣，該項研究充滿了技術(shù)挑戰(zhàn)和各種困難，也有可能最終結(jié)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(yù)示著發(fā)現(xiàn)一種新的宇宙介質(zhì)。
哈德森說：“我們已發(fā)現(xiàn)宇宙存在暗物質(zhì)和暗能量，我不希望再引入其他什么‘暗事物’。”
另一組警鐘
研究宇宙結(jié)構(gòu)的主要困難主要在于宇宙是無形的，天文學(xué)家在星系聚集成閃亮星團(tuán)的區(qū)域能觀測到較大的宇宙結(jié)構(gòu)，但是他們?nèi)匀粺o法察覺到昏暗的氣體束，這些氣體束以節(jié)點(diǎn)的形式編織成一個巨大的宇宙網(wǎng)絡(luò)。更糟糕的是，大多數(shù)人認(rèn)為星系和氣體軌跡只不過是構(gòu)成宇宙大部分無形 “暗物質(zhì)”的堅固框架上的裝飾性金屬絲。
這項最新調(diào)查是迄今為止揭示宇宙不可見事物的最完善技術(shù)實(shí)施，當(dāng)來自遙遠(yuǎn)星系的光線到達(dá)地球時，它經(jīng)過了暗物質(zhì)纖維和昏暗的氣體云，較密集區(qū)域?qū)π窍倒饩€產(chǎn)生引力牽引，使光線路徑發(fā)生扭曲。當(dāng)遙遠(yuǎn)星系的光線到達(dá)地球陸基望遠(yuǎn)鏡時，它已發(fā)生了微妙地扭曲變化，可能被擠壓成一個夸張的橢圓結(jié)構(gòu)。然后，天文學(xué)家試圖通過測量分布在廣袤宇宙區(qū)域的大量遙遠(yuǎn)星系的形狀統(tǒng)計扭曲現(xiàn)象，從而繪制不可見的暗物質(zhì)。
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，然后天文學(xué)家利用這些觀測數(shù)據(jù)計算宇宙隱藏氣體和暗物質(zhì)的平均分布，結(jié)果顯示宇宙氣體和暗物質(zhì)比之前創(chuàng)立的宇宙模型——冷暗物質(zhì)模型(ΛCDM)稀薄 10%。
從統(tǒng)計學(xué)角度看，這種差異非常大，以至于取樣不均導(dǎo)致結(jié)果誤差概率約 1400 分之一，遠(yuǎn)高于該領(lǐng)域的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)(誤差概率為 170 萬分之一)。英國愛丁堡大學(xué)宇宙學(xué)家瑪麗卡 · 阿斯加里(Marika Asgari)稱，這種令人緊張的差異數(shù)據(jù)令人耐以尋味或者引發(fā)人們的好奇心。更重要的是，其他獨(dú)立測量結(jié)果也支持這樣的發(fā)現(xiàn)，即現(xiàn)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(zhì)，如果這些神秘物質(zhì)完美地分布在宇宙之中，宇宙的膨脹過程會以一種被稱為 “哈勃流”的漂移運(yùn)動，將所有宇宙物質(zhì)平移地分離。然而，宇宙充滿了空隙和富含暗物質(zhì)的超星系團(tuán)，超星系團(tuán)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，哈德森和同事繪制了宇宙隱藏質(zhì)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(zhì)，隨后的本動速度地圖描繪了同樣令人不解的物質(zhì)平滑移動。他和同事在今年 7 月份發(fā)表了一份研究報告，推斷出一種缺少宇宙物質(zhì)聚塊的現(xiàn)象，幾乎和千度勘測(KiDS)發(fā)現(xiàn)的結(jié)果相近——宇宙中的氣體和暗物質(zhì)比之前創(chuàng)建的宇宙模型稀薄 10%。
此外，在過去 8 年時間里，科學(xué)家使用不同技術(shù)至少進(jìn)行了 12 次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，結(jié)果顯示現(xiàn)今的宇宙有點(diǎn)薄了。每項研究本身并沒有什么意義，但一些宇宙學(xué)家越來越懷疑，所有的測量結(jié)果都低于理論預(yù)測，而不是宇宙物質(zhì)均勻分布。
哈德森說：“當(dāng)你開始在一大堆不同數(shù)據(jù)集中發(fā)現(xiàn)共同特征時，我想這足以說明點(diǎn)什么了!”
矛盾的異?，F(xiàn)象
如果現(xiàn)今的宇宙開始變薄，科學(xué)家仍不清楚其具體的意義。宇宙的標(biāo)準(zhǔn)模型與觀測結(jié)果非常吻合，理論家們不能隨意添加新數(shù)據(jù)，對早期宇宙最精確的測量來自普朗克的合作項目，該項目于 2018 年公布了最終結(jié)果，美國杜克大學(xué)研究宇宙膨脹率的宇宙學(xué)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(jié)果的研究結(jié)果。
他們現(xiàn)在試圖完成兩項相互矛盾的任務(wù)，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(xiàn)象，但要解決這個新的異?，F(xiàn)象，他們必須削弱使宇宙凝聚的引力影響。當(dāng)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(yè)大學(xué)理論宇宙學(xué)家朱利安 · 萊古爾格斯(Julien Lesgourgues)說：“對這兩個問題進(jìn)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(xué)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(zhì)平衡額外的宇宙輻射，這些宇宙物質(zhì)會使宇宙變得更厚。因此，對于現(xiàn)今所觀測到的宇宙，必須是各種暗成分之間創(chuàng)造額外的相互作用，才實(shí)現(xiàn)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(zhì)轉(zhuǎn)變成暗能量，從而促使宇宙物質(zhì)分離;也可能是地球處于一個巨大的宇宙空隙，導(dǎo)致我們的觀測結(jié)果發(fā)生了扭曲?；蛘哌@兩種異?，F(xiàn)象可能毫無關(guān)聯(lián)，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(xué)家，我現(xiàn)在會非常興奮!”
隨著觀測數(shù)據(jù)逐漸增多，其中一種或者兩種解釋觀點(diǎn)將被推翻，千度勘測(KiDS)是當(dāng)前正在進(jìn)行的三個弱引力透鏡勘測調(diào)查之一，另外兩個是在智利進(jìn)行的國際暗能量調(diào)查，以及基于夏威夷斯巴魯望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的日本 “超主焦點(diǎn)相機(jī)(Hyper Suprime-Cam)”調(diào)查項目。每一個勘測調(diào)查都可以掃描宇宙不同區(qū)域，不同深度。暗能量調(diào)查的最新活動結(jié)果將在未來幾個月公布，該勘測活動覆蓋宇宙范圍是千度勘測的五倍，每個人都在期待著，這將宇宙學(xué)的下一個重大發(fā)現(xiàn)!
美國杜克大學(xué)的邁克爾 · 特路賽(Michael Troxel)在暗能量調(diào)查中從事弱引力透鏡工作，他贊揚(yáng)了 KiDS 研究團(tuán)隊將這項技術(shù)推向了精確新高度，并且覆蓋了前所未有的宇宙空間。但他也強(qiáng)調(diào)稱，堆積如山的技術(shù)挑戰(zhàn)使我們很難深入解讀一種測量方法。在數(shù)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復(fù)雜。研究人員還需要知道每個星系距離我們有多遠(yuǎn)，距離產(chǎn)生的不確定性處理可能會弱化或者夸大這種張力。
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