科学家们的重大合作报告了关于宇宙形状的重要发现和塑造它的神秘力量。

位于智利的Cerro Tololo 泛美观测台，致力于对暗能量的探测。

图源： ROGER RESSMEYER/CORBIS/VCG/GETTY IMAGES

一百多位科学家之间的合作揭示了：宇宙中四种不同现象的广泛分析指出了理解暗能量本质的方法。

暗能量—推进宇宙膨胀加速的力—是一个神秘的事物。来自智利Cerro Tololo泛美天文台的望远镜科学家蒂莫西·阿博特（Timothy Abbott）及其同事写道，其本质“未知，理解其属性和起源是现代物理学的主要挑战之一”。

的确，这里有很多不确定。如今测量结果表明，暗能量可以顺利地作为宇宙常数纳入广义相对论中,但是，研究人员指出，这些测量结果并不精确，而且其中存在各种潜在的变化。

他们指出：“在空间或者时间上对这个解释的任何偏离都将成为基础物理学中具有里程碑意义的发现。”

当然，问题的核心在于，黑暗的本质只能通过它的影响间接观察到。

它分为两类。第一，它通过加速宇宙的扩张改变了银河系结构。第二，它抑制了宇宙结构中某些部分的增长。

然而，它不是能造成这些结果的唯一原因，因此总是存在这样的隐患，即被假定为暗物质活动的证据实际上可能是另一回事。

目前测量暗物质的方法存在问题。所有这些都以宇宙微波背景（CMB）开始，这是一种充满空间的遗物辐射，在宇宙大爆炸后40万年才产生。

从黑暗引力到幻象能量：是什么推动了宇宙的扩张？

在宇宙历史的那一点上，暗物质的影响微乎其微。随着时空的不断越来越快地扩大，它显著增加。

因此，测量它的第二个支柱包括对“低红移”现象的观察 - 波长在很远的距离上延伸，来计算过去几十亿年内宇宙内的条件。

Abbott及其同事指出，将这两个测量值结合起来然后推断到今天：“可以对我们的模型进行有力的测试，但它需要来自低红移实验的精确，独立的约束”。

因此，随之而来的是，低红移测量精度的任何增加也将提高暗能量计算的精度，减少（或可能增加）先前未被发现的物理在宇宙中发挥作用的机会。

研究人员通过针对低红移现象调用多个观测探测器的组合来应对这一挑战 - 即测量Ia型超新星光线曲线，可见物质（或“重子”）密度波动，弱引力透镜和星系聚类的探测器。

为此，他们使用暗能量调查（DES）的结果，该调查是美国，南美和欧洲研究机构的合作，研究智利的Victor M Blanco望远镜所做的观察，望远镜配有专门的仪器来做暗能量检测。

Abbott及其同事在展示调查结果的第一部分时，揭示了在限制暗能量本质方面取得的进展。

他们报告说，DES的研究结果绝对 - 并且独立于基于CMB的研究 - 排除了一个不存在暗能量的宇宙。他们还报告说，结果表明宇宙在空间上是平坦的，并且对重子物质的密度有更严格的约束。

他们认为，这些结果将“暗能量及其在宇宙中的能量密度”的状态约束到“比CMB之前的7个最佳实验结果高几乎三倍的精度”。

他们得出的结论是，进一步计划的DES调查可能会提高我们对宇宙中暗能量影响的知识数量级。

该研究很快将发表在journalScience上，目前已在arXiv上发布。

相关知识扩展

暗物质（Dark matter）是理论上提出的可能存在于宇宙中的一种不可见的物质，它可能是宇宙物质的主要组成部分，但又不属于构成可见天体的任何一种目前已知的物质。大量天文学观测中发现的疑似违反牛顿万有引力的现象可以在假设暗物质存在的前提下得到很好的解释。现代天文学通过天体的运动、引力透镜效应、宇宙的大尺度结构的形成、微波背景辐射等观测结果表明暗物质可能大量存在于星系、星团及宇宙中，其质量远大于宇宙中全部可见天体的质量总和。结合宇宙中微波背景辐射各向异性观测和标准宇宙学模型（ΛCDM模型）可确定宇宙中暗物质占全部物质总质量的85%。

图解：被暗物质包围绕着的地球想像图

目前一种被广泛接受的理论认为，组成暗物质的是“弱相互作用有质量粒子”（weakly interacting massive particle, WIMP），其质量和相互作用强度在电弱标度附近， 在宇宙膨胀过程中通过热退耦合过程获得目前观测到的剩余丰度。此外，也有假说认为暗物质是由其他类型的粒子组成的，例如轴子（axion），惰性中微子（sterile neutrino）等。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. cosmosmagazine

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