人工智能在突破性研究中推断出暗能量的影响和特性

人工智能在突破性研究中推断出暗能量的影响和特性 暗能量是加速宇宙膨胀的神秘力量，被认为占宇宙内容的70%左右（暗物质是看不见的东西，它的引力牵引着星系，占25%，正常物质只占5%）。主要作者尼尔-杰弗里（Niall Jeffrey）博士（UCL 物理与天文学）说："利用人工智能从计算机模拟的宇宙中学习，我们对宇宙关键属性的估计精度提高了两倍。如果没有这些新技术，要实现这一改进，我们需要四倍的数据量。这相当于再绘制3亿个星系的地图"。共同作者洛恩-怀特威博士（伦敦大学物理与天文学学院）说："我们的发现符合目前对暗能量的最佳预测，即暗能量是一个'宇宙常数'，其值不会随空间或时间而变化。不过，它们也为正确的不同解释留出了灵活性。例如，我们的引力理论仍然可能是错误的。"从其中一个模拟宇宙中得到的物质地图。图中最亮的区域表示暗物质密度最高的区域。这些区域与超星系团相对应。深色的几乎是黑色的斑块是宇宙空洞，即星系团之间的大片空隙。资料来源：尼尔-杰弗里等人完善宇宙学模型与之前于2021年首次发表的暗能量勘测图分析结果一致，这些研究结果表明，宇宙中的物质比爱因斯坦广义相对论所预测的分布得更平滑更少有块状的情况。不过，与之前的分析相比，这项研究的差异并不那么显著，因为误差条更大。暗能量勘测图是通过一种叫做弱引力透镜的方法获得的，即观察来自遥远星系的光线在到达地球的途中是如何被干扰物质的引力弯曲的。这项合作分析了 1 亿个星系形状的扭曲，从而推断出这些星系前景中所有物质（包括暗物质和可见物质）的分布情况。由此绘制的地图覆盖了南半球四分之一的天空。在这项新研究中，研究人员利用英国政府资助的超级计算机，根据暗能量调查物质地图的数据，对不同的宇宙进行了模拟。每个模拟都有不同的宇宙数学模型作为基础。研究人员从这些模拟中创建了物质图谱。一个机器学习模型被用来提取这些地图中与宇宙学模型相关的信息。第二个机器学习工具从许多不同宇宙学模型的模拟宇宙实例中学习，查看真实观测数据，并给出任何宇宙学模型成为我们宇宙真实模型的几率。与以前的方法相比，这项新技术使研究人员能够使用更多的地图信息。模拟在 DiRAC 高性能计算（HPC）设施上运行，该设施由英国科技设施委员会（STFC）资助。宇宙学的未来探索下一阶段的暗宇宙项目包括去年夏天启动的欧洲航天局（ESA）欧几里得（Euclid）任务将大大增加我们所掌握的有关宇宙大尺度结构的数据量，帮助研究人员确定宇宙出人意料的平滑是否是当前宇宙学模型错误的标志，或者是否有其他解释。目前，这种平滑性与根据宇宙微波背景（CMB）宇宙大爆炸时留下的光线分析得出的预测结果不符。暗能量勘测合作项目由美国能源部费米国家加速器实验室（Fermilab）主办，来自七个国家 25 个机构的 400 多名科学家参与其中。该合作项目利用世界上功能最强大的数码相机之一5.7亿像素暗能量相机（Dark Energy Camera）在六年时间里（从2013年到2019年）拍摄的夜空照片，对数以亿计的星系进行了编目。该相机的光学校正器由 UCL 制造，安装在智利国家科学基金会 Cerro Tololo 美洲天文台的望远镜上。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新的3D宇宙地图可能颠覆我们对宇宙的认知

新的3D宇宙地图可能颠覆我们对宇宙的认知 在过去的几年里，暗能量光谱仪（DESI）一种对遥远星系进行光谱天文测量的科研仪器已经多次测绘了天空三分之一区域内的3500万个星系和240万个类星体的距离。负责管理该项目的劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的研究人员解释说，在理想条件下，DESI 每 20 分钟就会循环浏览一组新的 5000 个星系，即每晚浏览 10 万多个星系。5000个机器人定位器将DESI的光纤眼睛对准预先选定的星系，测量它们的光谱，从中可以测算出宇宙在这些星系的光线到达地球时膨胀了多少。最终结果呢？嗯，我们还没到那一步，但伯克利实验室的研究人员已经取得了一个重要的里程碑：绘制了有史以来最大的宇宙三维地图，也是最精确的地图，精度优于1%。更具体地说，DESI对宇宙110亿年膨胀历史的总体精度为0.5%，而涵盖80-110亿年的最遥远纪元的精度达到了创纪录的0.82%。由于这些遥远的太空天体发出的光现在才到达 DESI，科学家们可以绘制出宇宙年轻时的样子，从而揭开物理学中最大的谜团之一：暗能量导致宇宙膨胀得越来越快的未知成分。科学家们说，这张地图证实了宇宙膨胀的速度正在加快同时也提出了一种可能性，即暗能量并不像之前所说的那样在整个时间内都是恒定的。这项工作的共同作者、朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所高级研究员塞沙德里-纳达图尔（Seshadri Nadathur）博士告诉《卫报》说："我们看到的是一些暗示，它实际上一直在随着时间的推移而变化，这相当令人兴奋，因为它并不是宇宙学恒定暗能量标准模型的样子。"这项研究的合著者之一、杜伦大学的卡洛斯-弗伦克教授告诉《卫报》，这可能意味着科学家们对宇宙的认识可能要从头开始。这包括"修改我们对基础物理学的理解、对大爆炸本身的理解以及对宇宙长期预测的理解"。研究人员在多篇论文中分享了他们对第一年收集的数据进行的分析，并在美国物理学会会议和意大利 Rencontres de Moriond 会议上发表了演讲。伯克利实验室科学家兼该实验的共同发起人 Nathalie Palanque-Delabrouille 说，通过一年的数据，研究人员已经可以测量出宇宙膨胀历史中七个不同的宇宙时间片段，每个片段的精度为 1%到 3%。这就是研究人员在研究DESI地图时看到的景象：星系簇拥在一起，被天体较少的空洞隔开。他们解释说，这与早期的宇宙形成了鲜明的对比，早期的宇宙是一锅由亚原子粒子组成的又热又浓的汤，亚原子粒子的运动速度太快，无法形成稳定的物质。这些粒子包括氢核和氦核，统称为重子。这种早期电离等离子体中的微小波动引起了压力波，使重子移动成波纹状。随着宇宙的膨胀和冷却，中性原子形成，压力波停止了，将波纹凝固在三维空间中，并使未来的星系越来越多地聚集在高密度区域。数十亿年后，我们仍然可以在星系分离的特征中看到这种微弱的三维涟漪或气泡图案这种特征被称为重子声学振荡（BAOs）。通过测量这些气泡的表面大小，研究人员可以确定天空中这种极其微弱的图案是由什么物质造成的。绘制BAO气泡的远近图可以让研究人员将数据切成小块，测量宇宙在过去每个时间段的膨胀速度，并模拟暗能量对膨胀的影响。 ... PC版： 手机版：

最新研究挑战宇宙暗物质存在理论

最新研究挑战宇宙暗物质存在理论 宇宙的膨胀速度受到两种相互竞争的力量的影响：一种是减缓膨胀速度的引力，另一种是加速膨胀速度的暗能量。这张图显示了宇宙历史上的膨胀率，较浅的曲线表示膨胀较快，较陡的曲线表示膨胀较慢。大约 75 亿年前，宇宙开始加速膨胀，膨胀率发生了明显的变化。宇宙学模型普遍认为，宇宙中约27%为暗物质，普通物质不足5%，其余则为暗能量。其中，暗物质指所有似乎与光或电磁场不相互作用的物质，或只能通过引力解释的物质。人们看不到它，也不知道它由什么组成，但它有助于科学家揭示星系、行星和恒星的行为。在最新研究中，加拿大渥太华大学物理学教授拉金德拉·古普塔结合共变耦合常数理论和疲光理论得出结论称，宇宙中可能没有暗物质。其中共变耦合常数理论描述了自然力如何随着时间的推移而减弱；疲光理论则阐释了光经过“长途旅行”会损失能量。古普塔表示，他提出的新理论已经接受了测试，并被证明与一些观测结果相匹配。基于此前关于宇宙年龄为267亿年的研究，古普塔提出宇宙不需要暗物质存在的说法。“在标准宇宙学中，宇宙的加速膨胀被认为是由暗能量引起的，但实际上是由于自然力在膨胀时减弱，而不是暗能量。”古普塔说。“红移”是指光向光谱的红色部分移动。研究人员分析了文献中关于低红移时星系分布和高红移时声学视界的角大小的最新论文中的数据。古普塔说，目前已有几篇论文质疑暗物质的存在。最新论文是第一篇指出宇宙组成不需要暗物质，同时也能与某些宇宙学关键观测结果相吻合的论文。 ... PC版： 手机版：

南极突破性研究让暗物质成为焦点

南极突破性研究让暗物质成为焦点 这台望远镜位于美国国家科学基金会的阿蒙森-斯科特南极站，2017年接收了一台名为SPT-3G的新相机。SPT-3G配备了16000个探测器，是其前身的10倍，是阿贡国家实验室部分领导的多机构研究的核心。其目标是测量被称为宇宙微波背景的微弱光线。宇宙微波背景是宇宙大爆炸的余辉，当时宇宙从近 140 亿年前的一个能量点爆发出来。宇宙微波背景是宇宙中最古老的光，它穿越了遥远的距离才到达我们身边。在其漫长的旅程中，来自巨大宇宙结构的引力使其轨迹发生弯曲，然后被南极望远镜捕捉到。图片来源：Zhaodi Pan/阿尔贡国家实验室"CMB是宇宙学家的藏宝图，"论文的第一作者、阿贡的玛丽亚-戈珀特-迈尔研究员潘昭迪说。它微乎其微的温度和偏振变化为我们提供了一个了解宇宙雏形的独特窗口。这篇发表在《物理评论 D》上的论文首次提供了来自 SPT-3G 的 CMB 引力透镜测量结果。当宇宙中巨大的物质网扭曲穿越空间的 CMB 时，就会发生引力透镜现象。如果你把一个酒杯的弧形底座放在书页上，酒杯就会扭曲你的视线，让你看不清后面的文字。同样，望远镜视线中的物质会形成一个透镜，使CMB光和我们的视线发生弯曲。爱因斯坦在他的广义相对论中描述了这种时空结构的扭曲。对这种扭曲的测量提供了有关早期宇宙和暗物质等奥秘的线索，暗物质是宇宙的一种不可见成分。暗物质很难探测，因为它不与光或其他形式的电磁辐射相互作用。目前，我们只能通过引力相互作用来观测它。自 20 世纪 60 年代发现 CMB 以来，科学家们一直在研究它，通过地面和太空望远镜对其进行观测。尽管最新的分析只使用了 2018 年几个月的 SPT-3G 数据，但引力透镜的测量已经在该领域具有竞争力。"这项研究真正令人兴奋的部分之一是，其结果来自于我们刚刚开始使用SPT-3G进行观测时的调试数据结果已经很棒了，"论文共同作者、阿贡物理学家艾米-本德（Amy Bender）说。我们还有五年的数据正在进行分析，所以这只是预示着未来的发展。南极望远镜干燥、稳定的大气层和偏远的地理位置在寻找 CMB 模式时尽可能减少干扰。尽管如此，来自高灵敏度 SPT-3G 相机的数据仍然包含来自大气层以及银河系和河外星系的污染。由于研究人员需要验证数据、过滤噪声和解释测量结果，因此即使分析 SPT-3G 几个月的数据也是一项持续数年的工作。研究小组利用阿贡实验室计算资源中心的一个专用集群（一组计算机）来运行研究中的一些计算。潘说："我们发现，这项研究中观测到的透镜模式可以很好地用广义相对论来解释。这表明我们目前对引力的理解在这些大尺度上是正确的。这些结果还加强了我们对宇宙中物质结构如何形成的现有理解。"SPT-3G从更多年的数据中获得的透镜图也将有助于探测宇宙膨胀，即早期宇宙经历了快速指数膨胀的观点。宇宙膨胀是"宇宙学的另一块基石"，科学家们正在寻找早期引力波的迹象以及这一理论的其他直接证据。引力透镜的存在会对宇宙膨胀的印记产生干扰，因此有必要消除这种污染，而这种污染可以通过精确的透镜测量来计算。新的 SPT-3G 数据中的一些结果将巩固现有的知识，而另一些结果则会提出新的问题。"每当我们增加更多的数据，我们就会发现更多我们不了解的东西，"在芝加哥大学联合任职的本德说。"当你一层层剥开这层洋葱时，你会越来越了解你的仪器，也会越来越了解你对天空的科学测量。"潘说，人们对宇宙中看不见的成分知之甚少，因此任何了解都至关重要： "我们对暗物质的分布了解得越多，就越接近于理解它的性质及其在形成我们今天所生活的宇宙中的作用。"编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

用11吨重的“时光机”揭开暗能量和宇宙膨胀的神秘面纱

用11吨重的“时光机”揭开暗能量和宇宙膨胀的神秘面纱 DESI绘制了迄今为止最大的宇宙三维地图。地球位于这张完整地图的薄片中心。在放大的部分，很容易看到我们宇宙中物质的底层结构。图片来源：Claire Lamman/DESI合作；cmastro定制的彩色地图软件包我们现在拥有了有史以来最大的宇宙三维地图，这要归功于安装在亚利桑那州一架望远镜顶端的一台功能强大的仪器，它拥有一个由5000只光纤"眼睛"组成的机器人阵列，可以观察夜空。在过去的五年里，暗能量光谱仪在科学界被称为DESI测量了3000多万个星系和300万颗类星体的光谱，以确定宇宙在110亿年里的膨胀速度。DESI的宣布是一项正在进行的国际合作的成果，该合作由来自70多个机构的900多名研究人员组成，其中包括在该项目中发挥领导作用的加州大学圣克鲁兹分校的天文学家。然而，尽管这个消息很重大，但他们说这仅仅是个开始。暗能量光谱仪（DESI）安装在基特峰国家天文台的美国国家科学基金会尼古拉斯-U-梅耶尔 4 米望远镜上。资料来源：KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P.Marenfeld开拓性发现和未来愿景加州大学圣克鲁兹分校天文学和天体物理学系副教授阿列克西-莱奥豪德（Alexie Leauthaud）说："如果第一年数据集中暗示的趋势在第三年的分析中得到证实，这将是一个重大发现。作为 DESI 合作的一部分，这将是一个非常激动人心的时刻。"从七月份开始，Leauthaud 将担任这项工作的发言人其中包括牵头组织者的职责因此她完全有能力提供最新信息。加州大学圣克鲁斯分校的其他合作教授包括天文学与天体物理学教授康妮-罗科西（Connie Rockosi）和 J. 泽维尔-普罗查斯卡（J. Xavier Prochaska）。洛科西领导了基特峰国家天文台 4 米梅耶尔望远镜的仪器调试工作，她现在的角色是仪器科学家，帮助仪器保持最佳运行状态。此外，加州大学圣克鲁兹分校的本科生、研究生和博士后组成的"杰出团队"也功不可没，他们一直积极参与该项目，定期前往亚利桑那州的望远镜帮助观测。揭开暗能量的神秘面纱正如DESI所在的劳伦斯伯克利国家实验室在一份公告中解释的那样："了解我们的宇宙是如何进化的，这与它的终结方式息息相关，也与物理学中最大的谜团之一有关：暗能量，一种导致我们的宇宙膨胀得越来越快的未知成分"。这是科学家们第一次以优于 1%的精度测量年轻宇宙的膨胀历史让我们对宇宙是如何演化的有了最好的认识。研究人员在多篇论文中分享了他们对第一年所收集数据的分析，这些论文将于今天发布在 arXiv 上，研究人员还在美国物理学会会议和意大利莫里昂德会议上发表了演讲。在这段360度视频中，您可以利用DESI的坐标数据，在数百万个星系中进行互动式飞行。资料来源：菲斯克天文馆、中大博尔德分校和 DESI 合作项目斯文-海登里奇（Sven Heydenreich）是加州大学圣克鲁兹分校的一名博士后研究学者，他在DESI身兼数职：担任早期职业科学家委员会委员，利用仪器进行星系间测量，并共同领导一个工作组，预测DESI任务可能延续的不同方案。"我们的目标是测量DESI星系如何弯曲和扭曲来自其背后更遥远星系的光线，这种效应被称为引力透镜效应，"海登里希说，他于2023年底在基特峰现场工作了一周。"这些测量结果对于分析星系如何受到其周围暗物质分布的影响至关重要。此外，这些结果还将有助于提高我们对描述我们当前宇宙组成和演化模型的参数的理解"。11 吨重的"时光机"DESI的组件设计用于自动对准预先选定的一组星系，收集它们的光线，然后将这些光线分割成狭窄的色带，以精确绘制它们与地球的距离图，并测量这些光线到达地球时宇宙膨胀了多少。在理想条件下，DESI 每 20 分钟就可以循环观测一组新的 5000 个星系。在过去的五年里，DESI反复测绘了天空三分之一区域内数以百万计的星系和类星体的距离，让我们对暗能量和宇宙的历史有了更多的了解。我们目前的理解是，引力减缓了早期宇宙的膨胀速度，但暗能量却加速了宇宙的膨胀。DESI对全部110亿年膨胀历史的总体精度为0.5%，最遥远的纪元涵盖过去的80-110亿年精度达到创纪录的0.82%。对我们年轻的宇宙进行这样的测量是非常困难的。然而，在一年之内，DESI测量早期宇宙膨胀历史的能力已经是其前身（斯隆数字巡天的BOSS/eBOSS）的两倍。通过观察DESI的地图，我们不难发现宇宙的基本结构：星系簇拥在一起，被天体较少的空洞隔开。在DESI的视野之外，我们的早期宇宙则完全不同：那是一锅由亚原子粒子组成的炙热而浓稠的汤，它们的运动速度太快，以至于无法形成像我们今天所知的原子那样的稳定物质。这些粒子中包括氢核和氦核，统称为重子。这种早期电离等离子体中的微小波动引起了压力波，使重子移动成波纹状，就像你把一把碎石扔进池塘里所看到的一样。随着宇宙的膨胀和冷却，中性原子形成了，压力波停止了，将涟漪凝固在三维空间中，并使未来的星系越来越多地聚集在高密度区域。数十亿年后，我们仍然可以在星系分离的特征中看到这种微弱的三维涟漪或气泡图案这种特征被称为重子声振荡（BAOs）。这段动画展示了重子声波振荡如何充当测量宇宙膨胀的宇宙尺。资料来源：克莱尔-拉曼/DESI 合作和珍妮-努斯/伯克利实验室研究人员利用 BAO 测量结果作为宇宙标尺。通过测量这些气泡的表观大小，他们可以确定天空中这种极其微弱图案的物质的距离。通过对 BAO 气泡远近的测绘，研究人员可以将数据切成小块，测量宇宙在过去每个时间段的膨胀速度，并模拟暗能量对膨胀的影响。俄亥俄大学教授、DESI BAO 分析联合负责人徐熙钟（音译）说："我们测量了这一巨大宇宙时间范围内的膨胀历史，其精确度超过了之前所有 BAO 勘测的总和。我们很高兴了解这些新的测量结果将如何改善和改变我们对宇宙的认识。人类对我们的宇宙有着永恒的迷恋，既想知道它是由什么构成的，又想知道它将会发生什么"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学简单点：什么是暗物质和暗能量？

科学简单点：什么是暗物质和暗能量？ 人类对天空的研究已有数千年的历史，而在上个世纪，科学家们才真正开始了解宇宙是如何在一种叫做"万有引力"的力量影响下运动和变化的。万有引力影响着万物，不仅包括物质（科学术语），还包括光。它把我们的身体拉向地球，也在恒星和星系之间的遥远距离上发挥作用。在这段"科学101"视频中，博士后研究员吉莉安-贝尔茨-莫尔曼（Gillian Beltz-Mohrmann）和弗洛里安-凯鲁佐雷（Florian Kéruzoré）将探讨科学界的两大谜团：暗物质和暗能量。这些奇怪的影响因素似乎正在以意想不到的方式将宇宙拉伸开来，并将物质聚集在一起。它们加在一起占宇宙的 95%，但由于我们看不见、摸不着，所以不知道它们是什么。全球各地的研究人员，包括美国能源部阿贡国家实验室的科学家，正在通过大型宇宙学调查、粒子物理实验以及先进的计算和模拟，研究暗物质和暗能量的本质。引力在星系的形成和移动过程中起着至关重要的作用。随着科学家对宇宙了解的加深，他们发现除非存在大量看不见的物质比我们尚未发现的物质还要多得多否则星系的许多行为都是不合理的。这种看不见的物质或者说暗物质会产生额外的引力。如果它不存在，有些星系就会飞散，有些星系根本就不会形成。这张图展示了一个真实的例子，说明暗物质如何使螺旋星系的外部区域比只受可见物质引力影响的星系旋转得更快。这种差异表明暗物质的存在，施加了额外的引力。资料来源：阿贡国家实验室我们称它为"暗"是因为我们看不见它。与可见物质（我们能看到的物质，包括恒星、行星、水等）不同，它不会释放或吸收光线，也不会与其他物质相互作用，除非通过引力。我们知道它应该在哪里，但当我们观察时却什么都没有。这就像看到池塘里的涟漪，却看不到是什么造成的。与此同时，另一些东西正在推动宇宙以越来越快的速度膨胀。据我们所知，宇宙从 138 亿年前开始就一直在膨胀。天体之间的空间不断增大，就好像空间本身被拉伸开来，就像气球充气时的表面一样。科学家本以为这种膨胀的速度会随着时间的推移而减慢，但他们却发现了相反的情况。大约 50 亿年前，宇宙膨胀的速度开始加快。我们不知道是什么导致了这种加速膨胀，但我们把它命名为暗能量。来自暗物质的引力可以弯曲从遥远星系发出的光线，导致它们的图像在到达我们的望远镜时出现扭曲。这种现象被称为引力透镜，它揭示了暗物质的存在，即使我们看不到它。资料来源：阿贡国家实验室据科学家所知，可见物质只占宇宙的 5%。暗物质和暗能量据信分别占另外的 27% 和 68%。换句话说，我们所熟知的可见物质根本无法解释宇宙绝大部分物质的性质。那么，科学家们是如何试图解开这个谜团的呢？什么是暗物质和暗能量？为了找出答案，我们需要数据，而且是大量的数据。为了收集这些数据，科学家们建造了巨型望远镜和照相机。其中包括外太空的哈勃太空望远镜和詹姆斯-韦伯太空望远镜；南极洲的南极望远镜；亚利桑那州的暗能量光谱仪；以及智利的暗能量勘测和即将建成的维拉-C-鲁宾天文台。宇宙主要由暗能量和暗物质组成。可见物质（我们能看到的一切，包括恒星和行星）只占宇宙的 5%左右。科学家们正在研究这未知的 95% 的性质。图片来源：阿贡国家实验室这些灵敏的仪器对天空进行勘测，以揭示星系在宇宙中的位置和移动情况。超级计算机帮助科学家对宇宙进行详细模拟，并分析来自望远镜的数据。除了在天空中寻找答案，科学家们还在建造敏感的探测器，以直接在地球上寻找暗物质。美国能源部阿贡国家实验室的研究人员通过参与这些大型宇宙学调查、粒子物理实验以及使用先进的计算和模拟，为暗物质和暗能量的研究做出了贡献。来自这些测量和模拟的信息帮助科学家绘制出暗物质存在的地图，并提供了有关暗能量性质的线索。随着我们的望远镜、超级计算机和其他仪器越来越先进，我们发现越来越多的证据表明，我们遗漏了一些重大的东西，科学家们正在努力了解它可能是什么。阿贡科学家们的工作正在让世界离揭开这些宇宙之谜越来越近。编译自:ScitechDaily相关文章:科学简单点：什么是超级计算？科学简单点：什么是人工智能？科学简单点：什么是量子力学？科学简单点：什么是水力发电？科学简单点：什么是核能？科学简单点：什么是气候复原力？科学简单点：什么是纳米科学？ ... PC版： 手机版：