最精確的暗能量測量證實宇宙不會分裂

十多年前，暗能量調查（DES）開始繪制宇宙地圖，以尋找可以幫助我們理解被稱為暗能量.

我是 100 多位貢獻的科學家之一，他們幫助制作了決賽DES測量，剛剛在第243屆美國天文學會會議在新奧爾良。

暗能量據估計，它占可觀測宇宙的近70%，但我們仍然不明白它是什么。雖然它的性質仍然是神秘的，但暗能量的影響是大規模的。它的主要作用是驅動加速宇宙的膨脹.

新奧爾良的公告可能會讓我們更接近于更好地理解這種形式的能源。除其他外，它讓我們有機會根據一個叫做宇宙學常數這是阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）在1917年引入的，作為抵消方程中引力影響的一種方式，以實現既不膨脹也不收縮的宇宙。愛因斯坦后來將其從他的計算中刪除。

然而，宇宙學家后來發現，宇宙不僅在膨脹，而且膨脹在加速。這一觀察結果歸因于稱為暗能量的神秘量。

愛因斯坦的宇宙學常數概念實際上可以解釋暗能量，如果它有一個正值（允許它符合宇宙的加速膨脹）。

DES結果是全球研究人員數十年工作的結晶，它提供了迄今為止對稱為“w”的難以捉摸的參數的最佳測量之一，該參數代表“狀態方程式“的暗能量。自1998年發現暗能量以來，其狀態方程的值一直是一個基本問題。

這種狀態描述了物質的壓力與能量密度之比。宇宙中的一切都有一個狀態方程式。

它的值告訴你一種物質是否是類似氣體的、相對論的（由愛因斯坦的相對論描述），或者它是否表現得像流體。計算這個數字是真正理解暗能量真實本質的第一步。

我們對 w 的最佳理論預測它應該正好是負 1 （w=-1）。這個預言還假設暗能量是愛因斯坦提出的宇宙學常數。

顛覆預期

負一的狀態方程告訴我們，隨著暗能量的能量密度增加，負壓也隨之增加。宇宙中的能量密度越大，排斥力就越大——換句話說，物質對其他物質的推動力就越大。這導致了一個不斷膨脹、加速的宇宙。這聽起來可能有點奇怪，因為它與我們在地球上所經歷的一切相悖。

這部作品使用了我們對宇宙膨脹歷史最直接的探究：Ia型超新星.這些是恒星爆炸的一種類型，它們充當了一種宇宙標尺，使我們能夠測量宇宙深處的驚人距離。然后可以將這些距離與我們的期望進行比較。這與25年前用于檢測暗能量存在的技術相同。

現在的區別在于我們超新星樣本的大小和質量。使用新技術，DES 團隊在很寬的距離范圍內擁有 20 倍的數據。這允許有史以來最精確的 w 測量之一，給出 -0.8 的值。

乍一看，這不是我們預測的精確減一值。這可能表明它不是宇宙學常數。然而，這種測量的不確定性足夠大，允許在5%的幾率下負1，或者投注賠率只有20比1。這種程度的不確定性還不足以說任何一種方式，但這是一個很好的開始。

檢測希格斯玻色子2012年大型強子對撞機的亞原子粒子需要一百萬比一的幾率。

但是，此測量可能發出信號“Big Rip”模型的終結其狀態方程比一個更負。在這樣的模型中，宇宙將以越來越快的速度無限膨脹，最終將星系、行星系統甚至時空本身拉開。這讓我松了一口氣。

像往常一樣，科學家們需要更多的數據，而這些計劃已經在進行中。DES的結果表明，我們的新技術將適用于未來的超新星實驗歐空局的歐幾里得任務（2023 年 7 月啟動）和智利新的維拉魯賓天文臺。這個天文臺應該很快會使用其望遠鏡在施工后拍攝第一張天空圖像，從而一窺其能力。

這些下一代望遠鏡可以發現數千顆超新星，幫助我們對狀態方程進行新的測量，并進一步闡明暗能量的本質。

羅伯特·尼科爾，副校長兼執行院長，薩里大學

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