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宇宙加速度各向異性的證據(jù)

觀測到的哈勃膨脹速率的加速歸因于一種神秘的“暗能量”,該暗能量據(jù)稱構(gòu)成了宇宙的約70%。牛津大學(xué)魯?shù)婪?middot;皮爾斯理論物理中心的Subir Sarkar教授與巴黎天體科學(xué)研究所和哥本哈根尼爾斯玻爾研究所的合作者一起使用740型Ia超新星的觀測結(jié)果表明,這種加速作用是相對(duì)局部的-它沿著我們似乎相對(duì)于宇宙微波背景(表現(xiàn)出類似的偶極各向異性)的方向移動(dòng)。盡管這種加速的物理原因尚不清楚,但它不能歸因于暗能量,暗能量會(huì)在所有方向上引起相等的加速。

薩卡爾教授解釋說:“宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型基于宇宙在所有觀察者周圍都是各向同性的假設(shè)。這一宇宙學(xué)原理是哥白尼原理的延伸,即我們不是特權(quán)觀察者。它在數(shù)學(xué)構(gòu)造上提供了極大的簡化用愛因斯坦的廣義相對(duì)論來解釋宇宙學(xué)模型,但是當(dāng)在這個(gè)框架內(nèi)解釋觀測數(shù)據(jù)時(shí),我們得出一個(gè)驚人的結(jié)論,即大約70%的宇宙由愛因斯坦的宇宙常數(shù)或更一般地說是“暗能量”組成。這被解釋為是由于真空的量子零點(diǎn)波動(dòng)引起的,但是相關(guān)的能量標(biāo)度由H0(宇宙的當(dāng)前膨脹率)設(shè)定。但是,這是1044的因數(shù)低于粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的能量尺度—完善的量子場論可精確描述所有亞原子現(xiàn)象。因此,它的零點(diǎn)波動(dòng)具有巨大的能量密度,如果它們確實(shí)通過引力影響了膨脹率,那將阻止宇宙達(dá)到其當(dāng)前年齡和大小。必須向這個(gè)宇宙學(xué)常數(shù)問題添加“為什么現(xiàn)在?”問題,即為什么暗能量只是最近才開始統(tǒng)治宇宙?在更早的時(shí)候,這是可以忽略的,特別是在原始等離子體充分冷卻以形成原子并釋放出宇宙微波背景(CMB)輻射的情況下(約40萬年)(因此,CMB對(duì)暗能量不直接敏感)。”

正是在這種背景下,他與雅克·科林和羅亞·莫哈亞伊(巴黎的天體物理學(xué)研究所)以及穆罕默德·拉米茲(哥本哈根的尼爾斯·波爾研究所)一起開始研究暗能量是否確實(shí)存在。最初的證據(jù)(獲得2011年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))涉及兩支天文學(xué)家在1998年“通過觀察遙遠(yuǎn)的超新星發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹的發(fā)現(xiàn)”。這是基于對(duì)約60顆Ia型超新星的觀測而得出的,但與此同時(shí),樣品也在增長,2014年,該數(shù)據(jù)可用于散布在天空中的740個(gè)物體(聯(lián)合光曲線分析目錄)。

研究人員希望觀察推斷出的哈勃膨脹率加速度在整個(gè)天空中是否均勻。

“首先,我們計(jì)算出了(在日心系統(tǒng)中)測量到的超新星紅移和視星等,并取消了JLA目錄中針對(duì)局部'奇異'(非哈勃)速度所做的校正。這樣做是為了確定它們在宇宙看起來應(yīng)該是各向同性的CMB框架中的值;但是,我們團(tuán)隊(duì)先前的工作表明,這種校正是可疑的,因?yàn)樘厥獾乃俣炔粫?huì)隨著距離的增加而下降,因此即使CMB框架也沒有收斂遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過十億光年,”薩卡教授說。

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