宇宙为何会膨胀?这让爱因斯坦非常“懊恼”!

大规模星系巡天研究暗能量

  研究暗能量有多种手段,我本人的研究就是利用大规模的星系巡天。

  上图是我们从望远镜里面拍摄的部分的星系,每个点代表一个星系。我们就是利用类似一种人口普查的方式,对星系进行统计研究,叫做成团性分析。

  根据测量得到的结果,发现在某一个特殊的尺度上,星系的对数非常多,我们用天文学的标度叫做100兆秒差距的这么一个尺度上,有一个局部的突起在那里。

  这个突起的位置非常重要,因为它来自早期宇宙的信息,反过来就可以推测宇宙的年龄、宇宙的膨胀速率、宇宙的组分等等信息。所以在宇宙学当中,我们把它叫做宇宙标准尺,也叫做重子声波振荡,是非常重要的一个物理工具。

  这张图展示了另外一个非常重要的效应,叫做红移畸变,它对于我们来说是一个信号。

  我们利用黑洞在空间中的三维分布,去测量宇宙的膨胀历史和结构增长历史,这些东西可以帮助我们研究暗能量。利用星系巡天我们可以提取三部分最重要的信息,对应三大科学目标:

  第一个是重子声波振荡,它探索的是宇宙膨胀历史,对应暗能量的性质。

  第二个是红移畸变,因为宇宙结构增长是由引力做主导的,所以它可以研究引力的性质。

  第三个是小尺度成团性可以帮助我们测量中微子质量。因为中微子绝对质量在地球上是很难研究的,你只能探测不同代的中微子质量的相对绝对平方差,但是宇宙学里面你可以测量中微子绝对质量。因为如果中微子过多的话,中微子有很高的速度,它会使很多小的结构无法形成,这些研究也都是未来获得诺贝尔奖、邵逸夫奖的研究方向。

  回到暗能量,我们与合作组一起,测量了宇宙膨胀速率和结构增长率,可以测量一个非常关键的宇宙学的参数—-暗能量的状态方程。暗能量的所有性质体现在这么一个方程或者一个函数上:

  横坐标是时间,纵坐标是状态方程:暗能量的压强和暗能量的密度之比。图中画了一条虚线,这是爱因斯坦在1917年预言的暗能量状态方程,是严格等于负1的。很多年来大家把爱因斯坦的这个模型称为标准宇宙暗能量模型,认为暗能量就是真空的能量,尽管有很多理论上的问题,但是大家也基本上广泛接受了。

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1 评论

  1. 到此一游~

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