暗能量是科学界最大的谜团之一，我们现在离理解它更近了一步

哈耶萨鲁亚源

暗能量是科学界最大的谜团之一，我们现在离理解它更近了一步。鸣谢:美国国家航空航天局/JPL-加州理工学院/欧空局/哈佛-史密森尼CfA

（）据对话（罗伯特·尼科尔）：十多年前，暗能量巡天(DES)开始绘制宇宙地图，以寻找证据来帮助我们理解被称为暗能量的神秘现象的本质。我是100多位做出贡献的科学家之一，他们帮助产生了最终的DES测量结果，该结果刚刚在新奥尔良举行的第243届美国天文学会会议上发布。

据估计，暗能量占可观测宇宙的近70%，然而我们仍然不明白它是什么。虽然暗能量的本质仍然神秘，但它的影响却是巨大的。它的主要作用是推动宇宙加速膨胀。

新奥尔良的公告可能会让我们更好地理解这种形式的能源。除此之外，它给了我们一个机会来检验我们的观测结果与一个叫做宇宙常数的概念，这个概念是由阿尔伯特·爱因斯坦在1917年提出的，作为一种抵消引力在他的方程中的影响的方法，以实现一个既不膨胀也不收缩的宇宙。爱因斯坦后来把它从他的计算中去掉了。

然而，宇宙学家后来发现，不仅宇宙在膨胀，而且膨胀还在加速。这一发现被归因于一种叫做暗能量的神秘物质。爱因斯坦的宇宙常数概念实际上可以解释暗能量，如果它有一个正值(允许它符合宇宙的加速膨胀)。

DES的结果是全球研究人员数十年工作的成果，提供了迄今为止对一个难以捉摸的参数“w”的最佳测量结果之一，w代表暗能量的“状态方程”。自1998年发现暗能量以来，其状态方程的值一直是一个基本问题。

这个状态描述了物质的压力与能量密度之比。宇宙万物都有状态方程。

它的值告诉你一种物质是否是气体，相对论性的(由爱因斯坦的相对论描述)，或者它的行为是否像流体。算出这个数字是真正理解暗能量本质的第一步。

我们对w的最佳理论预测应该正好是负一(w=-1)。这个预测还假设暗能量是爱因斯坦提出的宇宙常数。

颠覆预期

负一的物态方程告诉我们，随着暗能量的能量密度增加，所以负压也增加。宇宙中的能量密度越大，排斥力就越大——换句话说，物质会推其他物质。这导致宇宙不断膨胀加速。这听起来可能有点奇怪，因为这与我们在地球上经历的一切都是违反直觉的。

这项工作使用了我们对宇宙膨胀历史最直接的探测手段:Ia型超新星。这是一种恒星爆炸，它们充当了一种宇宙尺度，让我们能够测量宇宙中遥远得惊人的距离。然后可以将这些距离与我们的预期进行比较。这和25年前用来探测暗能量存在的技术是一样的。

现在的区别在于超新星样本的大小和质量。使用新技术，DES团队在很宽的距离范围内拥有了20倍多的数据。这允许有史以来最精确的w测量之一，给出-0.8的值

乍一看，这不是我们预测的精确的负一值。这可能表明它不是宇宙常数。然而，这种测量的不确定性足够大，以5%的概率允许负一，或者只有20比1的下注赔率。这种程度的不确定性还不足以说明任何一种情况，但这是一个很好的开始。

2012年在大型强子对撞机上探测希格斯玻色子亚原子粒子需要百万分之一的出错几率。然而，这一测量可能标志着“大撕裂”模型的结束，这种模型的状态方程比一个方程更负。在这样的模型中，宇宙将以越来越快的速度无限膨胀——最终将星系、行星系统甚至时空本身撕裂。那是一种解脱。

像往常一样，科学家们想要更多的数据，这些计划已经在进行中。DES的结果表明，我们的新技术将用于未来欧空局的欧几里德任务(2023年7月发射)和智利新薇拉·鲁宾天文台的超新星实验。这座天文台将很快使用它的望远镜拍摄建造后的第一张天空图像，让人们一窥它的能力。

这些下一代望远镜可以发现数以千计的超新星，帮助我们对状态方程进行新的测量，并对暗能量的本质进行更多的了解。