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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)稱構成了宇宙的約70%。牛津大學魯?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超新星的觀測結果表明,這種加速作用是相對局部的-它沿著我們似乎相對于宇宙微波背景(表現(xiàn)出類似的偶極各向異性)的方向移動。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,暗能量會在所有方向上引起相等的加速。

薩卡爾教授解釋說:“宇宙學標準模型基于宇宙在所有觀察者周圍都是各向同性的假設。這一宇宙學原理是哥白尼原理的延伸,即我們不是特權觀察者。它在數(shù)學構造上提供了極大的簡化用愛因斯坦的廣義相對論來解釋宇宙學模型,但是當在這個框架內(nèi)解釋觀測數(shù)據(jù)時,我們得出一個驚人的結論,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波動引起的,但是相關的能量標度由H0(宇宙的當前膨脹率)設定。但是,這是1044的因數(shù)低于粒子物理學標準模型的能量尺度—完善的量子場論可精確描述所有亞原子現(xiàn)象。因此,它的零點波動具有巨大的能量密度,如果它們確實通過引力影響了膨脹率,那將阻止宇宙達到其當前年齡和大小。必須向這個宇宙學常數(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存在。最初的證據(jù)(獲得2011年諾貝爾物理學獎)涉及兩支天文學家在1998年“通過觀察遙遠的超新星發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹的發(fā)現(xiàn)”。這是基于對約60顆Ia型超新星的觀測而得出的,但與此同時,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天空中是否均勻。

“首先,我們計算出了(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該是各向同性的CMB框架中的值;但是,我們團隊先前的工作表明,這種校正是可疑的,因為特殊的速度不會隨著距離的增加而下降,因此即使CMB框架也沒有收斂遠遠超過十億光年,”薩卡教授說。

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