黑暗能源隐藏在我们的宇宙中 - 这是我们如何找到它的©NASA

黑暗能量隐藏在我们的宇宙中– here’s how we’ll find it

新的空间探针和地面望远镜即将给我们我们的最佳线索,尚不为黑能的本质 - 一个神秘,看不见的能源领域,将决定宇宙的命运。

在140亿年之前,我们的宇宙在称为大爆炸的重要事件中眨了眨眼。以前没有什么 - 无论如何,无论如何,没有能量,甚至没有我们所知道的空间和时间 - 突然出现了当今宇宙的过热胚胎。

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今天,我们宇宙的空间是巨大的。当天文学家通过他们的望远镜在夜空中同行时,他们看到的最远的星系是遥远的数十亿的轻微的遥远。空间为一个简单的原因达到了这些惊人的比例 - 即它正在扩展。 Albert Einstein的一般相对论预测了这种扩展(尽管爱因斯坦最初拒绝了这个概念),后来在1929年被美国天文学家Edwin Hubble和他的助理米尔顿·伍舍森发现了1929年。

什么是黑暗能量? ©Getty Images.

然后比赛就弄清楚了如何快速扩张。这将决定我们宇宙的关键属性,例如其年龄,大规模结构是如何形成的,也许最重要的是宇宙最终最终的日子。慢慢扩张宇宙的内向引力拉动最终会停止扩张并导致空间恢复,从而落后于自己并用一种反向大爆炸造成被称为大咬嚼的反向大爆炸。

它相当像一个球撞到空中,这必须最终回应重力并倒回地面。但将球扔进空中速度得多,可以逃避地球的重力。一种迅速扩张的宇宙会表现得比同样的方式,永远导致永恒宇宙的扩张延伸,尽管包括越来越稀释的宇宙,因为星系在不断增加的空间中伸展。

然而,较长的天文学家通过他们的望远镜盯着,更清晰的是,在重力的作用下,一个简单的完整宇宙扩张并不与观察结果相匹配。

星系之间有明星吗? ©Getty Images.
什么是保持星系从飞行到太空? ©Getty Images.

对于初学者来说,似乎在空间中有更多的材料,而不是只加上所有明亮的可见的东西可以解释。在20世纪30年代,调查星系集群的天文学家发现,集群中的一些星系似乎如此快地移动,以至于它们应该能够逃避簇的重力。星系并非全部飞到太空中的简单事实意味着群集中必须有足够的重力来将它们全部保持在一起作为一个绑定的系统 - 但似乎没有足够的物质来做这件事。

后来,在20世纪70年代,研究发现了个体星系中的完全相同的差异,然后在宇宙中大规模地发现,宇宙中的50%到95%的任何地方都是由这种神秘的隐形的东西制成 - 这是克里斯滕暗物质'。没有人确定它是完全的(而且今天仍然是这种情况),尽管他们确定的一件事 - 这个失踪物品的所有额外重力都看起来将制动器放在宇宙扩张上。

但事情是为了得到一个陌生人。到20世纪90年代中期,天文观测和理论计算之间的不断变化是一家领先的天体物理学家,相信暗物质不是宇宙的唯一隐藏的组成部分。并于1998年,确认了这些怀疑。两队的天文学家,独立工作,发现宇宙的扩张根本不会减缓。事实上,相当逆转 - 它正在加速。

工程师在詹姆斯韦布太空望远镜(JWST)的镜子上工作

这种推论是由超新星的研究制作的,每个爆炸都标志着巨大的明星的死亡。它们非常明亮,简要介绍了主机星系中所有明星的光线,这使得它们完美地对宇宙学完善,其中观测目标是从数十亿光年中可见。

特别是,天文学家看了一类被称为1A型的超新星(在二元星系中发生 - 彼此绕轨道的恒星)。这些都是特殊的,因为超新星火球的持续时间可以通过公式链接到它们的内在亮度。这意味着从地球中看到的明显亮度揭示了距离昏暗的光暗淡的光,因此它们的宿主几乎存在距离。

有限的光速意味着远离距离远离的星系是因为它们回到时间最远。从地球上学习一十亿千年光年,因此让天文学家提供了过去宇宙的数十亿年的快照。这使这两支天文学家的团队能够建立一种在宇宙历史上随着时间的推移改变的照片。他们的研究结果清楚地表明,随着宇宙年龄的增长,膨胀率稳步增加。

爱因斯坦是有史以来最聪明的人吗? ©Getty Images.
爱因斯坦说,宇宙被他所谓的“宇宙学常数”皈依©Getty Images

但是什么可能导致它?物理学家们很快就想出一个名字 - '黑暗能量' - 虽然究竟是完全是另一件事的究竟。爱因斯坦提出了最好的建议。他说,宇宙被他称为“宇宙学常数”(如此命名为,因为它表现为在一般相对论方程中的常数术语,它在超新星观察中产生了完全相同的加速度效果。当爱因斯坦试图“弥补”一般相对性的预测时,这是回来的,即空间正在扩展 - 加速确切地说,他需要取消重力并持有宇宙静态。但是,当哈勃和Humason发现空间正在扩张时,他很快将宇宙学持续寄给垃圾箱。

Quantum物理学家 - 研究物质颗粒颗粒的行为的科学家们计算出宇宙学恒定的效果应该从空空间的真空中产生。量子理论预测,真空填充有“虚拟颗粒”在非常短的时间内进出的存在。并且当插入通用相对性的方程时,所有这些幽灵粒子都会产生的“真空能量”导致可以解释黑能量的宇宙加速度效果。然而,问题是从量子理论预测的暗能量的量远远大于观察许可。

另一种可能性是暗能量是不具有空空间本身的产品,而是物质或能量灌装空间领域。在这个框架中,黑暗能量不会是恒定的,但随着宇宙的扩展,将动态发展。宇宙学家已经创造了“Quintessence”一词来描述这样的物质驾驶模型领域,这是古希腊哲学家认为宇宙所说的古典元素的第五个古典元素的参考。

Quintessence正在吸引人,因为它可以有助于解决最近出现的宇宙学的问题,从而当天测量宇宙膨胀率的测量明显大于通过测量年轻宇宙获得的估计,并使用最好的时间顺利发展宇宙模型。一种解决方案是一种Quintessence的模型,其中不仅是宇宙加速的扩展,而且加速率也加速 - 即宇宙加速度随着时间的推移而增加。这种异国情调的暗能的额外加速,被称为“幻影能量”,产生宇宙扩张,将其与观察结果进行纳入。

Wfirst©Nasa / Goddard Space Flight Center /概念性图像实验室
在未来十年推出时,美国宇航局卫星WFIRST将帮助我们寻找深情©NASA /戈达德太空飞行中心/概念性图像实验室

因为暗能量导致宇宙的扩张加速,而不是自行拉回它,似乎是一个宇宙向这种东西播放主持人将继续扩大永恒,从而统治大攻击的可能性。虽然一个时变的Quintessence领域可能会改变所有这一切,但也许允许宇宙在未来恢复上播步,即使它现在正在完整地进行完整。

需要更多的天文观察,并且有几个项目计划进一步探索黑能量的性质。在2020年, 大概率调查望远镜 (LSST)在智利,将开始对遥远星系的10年的研究。同时,欧洲空间机构将推出其 欧几里德太空望远镜。在20世纪20年代中期,美国宇航局推出了自己的空间天文台 广场红外测量望远镜 (wfirst)。目前对暗能量性质的估计证实,它表现得像爱因斯坦的宇宙常数,以便在10%的准确度。欧几里德,WFIRST和LSST将收紧这一点至多3% - 或者也许更有趣的是,他们可能发现证据表明暗能量是一个不同的动物。我们只需要拭目以待。

今天,暗能存在的证据是Ironclad公平的。最好的观察结果表明它占我们宇宙的69%。大约26%是暗物质,而原子和分子 - 星星和行星,以及你和我,是由 - 占5%的账户。 2011年,使得突破超新星观察确认其存在的天文学家被授予诺贝尔物理学奖。

黑暗能量是我们在宇宙学中不理解的核心。破解这个谜将告诉我们宇宙的份额是由宇宙的份额为什么,它可能会揭示关于基本粒子物理学的新细节,可能会给大爆炸的本质产生线索,它几乎肯定会确定宇宙的方式终于会死。

这就是为什么破解这个谜,这仍然是21岁宇宙学家最紧迫的优先事项之一英石 Century.

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