我们宇宙的最大3D地图可能会“颠覆宇宙学”

葫芦科普 2024-04-13 19:30:33

自从发现暗物质以来已经过去了二十多年。

因此,科学家们有超过20年的时间来解码这种无形物质的秘密,这种物质似乎正在将宇宙撕裂。然而,他们仍然对它几乎一无所知。实际上,暗物质甚至可能不是一种物质。它可能是一种力量,甚至可能是空间本身的内在属性。

例如,宇宙学的标准模型——我们关于宇宙演化的主要理论——确实表明暗物质在宇宙中和时间上是不变的,使其成为空间的基本属性。如果恒定,构成宇宙惊人70%的神秘暗物质将推开所有恒星和星系。然而,对宇宙宇宙历史的最大规模调查可能表明,暗物质,也称为假设的“反重力”力量,可能随时间演变而不是保持恒定,为宇宙居民暗示了一个不那么孤独的未来。

如果这一早期结果在未来的观测中得到证实,宇宙学家至少必须探索现行Lambda CDM(LCDM)模型中的系统不确定性,LCDM模型是一个宇宙的数学模型,其中lambda代表暗物质。他们可能还需要开始筛选我们的宇宙的其他几十种模型,以找到最佳的拟合。尽管如此,证据仍然是暂时的——它还没有达到被称为“5-sigma阈值”的标准,这个标准决定了信号是否可以被庆祝为官方发现。因此,关于暗物质演化的不断出现的解释可能会随着未来几年计划中更多的数据到来而改变。

波士顿大学的Dillon Brout说:“如果这是真的,这将彻底颠覆宇宙学。”他用超新星测量宇宙的加速度。这样的发现将是我们对宇宙最佳理解的“范式转变”。

亚利桑那州基特峰国家天文台的Nicholas U. Mayall 4米望远镜上的暗物质光谱仪每月精确定位一百万星系的位置。通过这些观测,宇宙学家可以测量过去110亿年间宇宙扩张速度的增加。这些遥远的星系可以比作宇宙的“路灯”,因此帮助宇宙学家研究遍布宇宙的暗物质之谜。而且,4月4日,DESI合作组织分享了有史以来最大的宇宙3D地图。它包括了过去110亿年间宇宙扩张速度的高精度测量。仅在运营的第一年,DESI在测量早期宇宙扩张历史方面就已经比其前身斯隆数字巡天调查强大两倍,后者花了十多年的时间才构建了一个类似的3D地图。

“这是我们期待已久的下一代数据,所以看到它的到来真的很高兴,”没有参与DESI合作组织的Brout说。

除了无数像纠结的线团一样聚集在一起的星系,DESI的新3D地图还突出了早期宇宙中被称为重子声学振荡(BAO)的微弱模式。这些微妙的3D皱纹在宇宙历史的第一个38万年内穿过了存在的物质,随时间冻结并变成了婴儿宇宙的遗迹。通过绘制这些冻结的BAO的大小,研究人员能够估计到星系的距离,并推断出宇宙在不同时间点的扩张速度。

因为典型星系的光太微弱而看不见,这些星系距离我们非常遥远,它们发出的光相对低强度,DESI合作组织还研究了超过40万个非常明亮的物体,称为类星体。当这些物体的光穿过星际空间时,它被气体和尘埃的云层吸收,帮助宇宙学家以类似于绘制星系的方式绘制密集物质的口袋。

西班牙高能物理研究所的科学家、DESI合作组织的成员Andreu Font-Ribera在一份声明中说:“它让我们能够更远地看到宇宙非常年轻的时候。” “这是一个非常难的测量,看到它成功真的很酷。”

“如果这是真的,我们进入了未知领域”

暗物质可能随时间演变的初步结论来自于DESI数据与其他宇宙学数据的早期分析。研究人员发现,与标准模型相比,变化的暗物质模型更符合数据。需要明确的是,没有任何单一的数据集本身就能令人信服地揭示暗物质随时间演化的本质,但当所有数据集结合在一起时,信号就稍微强了一些。

犹他大学的DESI联合发言人Kyle Dawson告诉Space.com:“这并不是一个足够强的偏好,以至于我会说Lambda CDM是错误的。” “实际上,我们以前从未发现过任何真正有意义的偏离那个模型的情况。”

然而,从早期分析来看,Dawson表示,暗物质似乎正在从成为推动我们宇宙加速的强大驱动力转变为在某种程度上逐渐减少。

Brout说:“如果这是真的,我们进入了未知领域。” DESI合作组织使用了Lambda CDM之后的第二简单的宇宙模型,除了帮助宇宙学家检查标准模型的偏差之外,它没有什么特别的。如果未来的观测确实发现暗物质随时间演变,那么其他几十种模型也会变得可行,宇宙学家将不得不开始逐个测试它们。

Brout说:“如果不是Lambda CDM,谁知道呢?”

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葫芦科普

简介:来自星星的小胖子