宇宙膨胀速度还在加快 科学家正寻求新的解释

宇宙膨胀速度还在加快科学家正寻求新的解释天文学家发现，宇宙膨胀正在加速，很可能是由于暗能量的作用，正如LambdaCDM模型所描述的那样。然而，膨胀率测量结果（即哈勃张力）的不一致性正促使人们研究新理论和修改现有模型。对天文学家来说，星系发出的光波长越长，星系远离我们的速度就越快。星系离我们越远，它的光线就越偏向光谱红色一侧的长波长--因此"红移"就越大。宇宙中的时间和距离因为光速是有限的、快速的，但并不是无限快的，所以看到远处的东西意味着我们看到的是它过去的样子。对于遥远的高红移星系，我们看到的是宇宙年轻时的样子。因此，"高红移"对应的是宇宙的早期，而"低红移"对应的是宇宙的晚期。詹姆斯-韦伯太空望远镜（JamesWebbSpaceTelescope）的深场图像显示了宇宙中闪闪发光的星系。这是迄今为止最深、最清晰的遥远宇宙红外图像。这张星系团SMACS0723的图像被称为"韦伯第一深场"，细节丰富。图片来源：NASA、ESA、CSA和STScI但随着天文学家对这些距离的研究，他们了解到宇宙不仅在膨胀，其膨胀速度还在加快。这种膨胀速度甚至比主要理论预测的还要快，这让像我这样的宇宙学家感到困惑，并在寻找新的解释。加速膨胀与暗能量科学家把这种加速的源头称为暗能量。我们还不太清楚是什么驱动了暗能量，也不知道它是如何工作的，但我们认为它的行为可以用宇宙学常数来解释。阿尔伯特-爱因斯坦最初提出了这个常数--他在广义相对论中用lambda标记了它。有了宇宙常数，随着宇宙的膨胀，宇宙常数的能量密度保持不变。想象一个装满粒子的盒子。如果盒子的体积增大，粒子的密度就会减小，因为它们会分散开来占据盒子里的所有空间。现在想象同一个盒子，但随着体积的增大，粒子的密度保持不变。这似乎并不直观，对吗？宇宙常数的能量密度并没有随着宇宙的膨胀而减少，这当然非常奇怪，但这一特性有助于解释加速膨胀的宇宙。LambdaCDM：宇宙学标准模型目前，宇宙学的主要理论或标准模型被称为"LambdaCDM"。Lambda表示描述暗能量的宇宙常数，CDM代表冷暗物质。这个模型既描述了宇宙晚期的加速度，也描述了宇宙早期的膨胀率。具体来说，LambdaCDM可以解释宇宙微波背景的观测结果，即宇宙大爆炸后大约30万年时宇宙处于"高温、高密度状态"时的微波辐射余辉。利用普朗克卫星测量宇宙微波背景的观测结果，促使科学家们创建了LambdaCDM模型。将LambdaCDM模型与宇宙微波背景拟合，物理学家就可以预测哈勃常数的值，哈勃常数实际上并不是一个常数，而是描述宇宙当前膨胀速度的一个测量值。但是，LambdaCDM模型并不完美。科学家们通过测量星系距离计算出的膨胀率，与LambdaCDM利用宇宙微波背景观测数据描述的膨胀率并不一致。天体物理学家将这种分歧称为哈勃张力。宇宙膨胀的速度比流行的宇宙学模型预测的要快。资料来源：NASA/WMAP科学小组哈勃张力在过去的几年里，科学家一直在研究如何解释哈勃张力。这种张力可能表明LambdaCDM模型不完整，物理学家应该修改他们的模型，也可能表明研究人员是时候对宇宙的运行方式提出新的想法了。对于物理学家来说，新想法总是最令人兴奋的。解释哈勃张力的一种方法是修改LambdaCDM模型，改变宇宙晚期低红移时的膨胀率。像这样修改模型可以帮助物理学家预测可能是哪种物理现象导致了哈勃张力。例如，也许暗能量并不是宇宙常数，而是引力以新的方式发挥作用的结果。如果是这样的话，暗能量就会随着宇宙的膨胀而演化--而宇宙微波背景显示的是宇宙诞生几年后的样子，它对哈勃常数的预测就会有所不同。但是，团队的最新研究发现，物理学家无法仅仅通过改变宇宙晚期的膨胀率来解释哈勃张力--这一类的解决方案都不成立。探索新模型为了研究哪些类型的解决方案可以解释哈勃张力，加州大学开发了统计工具，使我们能够测试改变晚期宇宙膨胀率的整类模型的可行性。这些统计工具非常灵活，可以用它们来匹配或模仿不同的模型，这些模型有可能符合宇宙膨胀率的观测结果，也有可能为哈勃张力提供一种解决方案。测试的模型包括不断演化的暗能量模型，即暗能量在宇宙中不同时期的作用不同，科学家们还测试了暗能量-暗物质相互作用模型（暗能量与暗物质相互作用）和修正引力模型（引力在宇宙中不同时期的作用不同）。但这些模型都无法完全解释哈勃张力。这些结果表明，物理学家应该研究早期宇宙，以了解张力的来源。作者：RyanKeeley，加州大学默塞德分校物理学博士后...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397839.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397839.htm

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（SeshadriNadathur）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RencontresdeMoriond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NathaliePalanque-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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426408.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426408.htm

"宇宙学耦合"：新证据表明黑洞是暗能量的来源

"宇宙学耦合"：新证据表明黑洞是暗能量的来源天体物理学家邓肯·法拉和凯文·克罗克领导了这项雄心勃勃的研究，将夏威夷在星系演化和引力理论方面的专业知识与九个国家的研究人员的观察和分析经验相结合，首次对真正的黑洞内部可能存在的东西提出了见解。"当LIGO在2015年底听到第一对黑洞合并时，一切都改变了，"克罗克说。"该信号与纸面上的预测非常吻合，但是将这些预测扩展到数百万年，或者数十亿年？将黑洞的那个模型与我们不断膨胀的宇宙相匹配？当时根本不清楚如何做到这一点。"该团队最近发表了两篇论文，一篇发表在《天体物理学杂志》上，另一篇发表在《天体物理学杂志通讯》上，研究了位于古老和休眠星系中心的超大质量黑洞。研究人员研究了像Messier59这样的椭圆星系，以确定其中心黑洞的质量是否在过去90亿年里发生了变化。光线的平滑分布是数十亿的恒星。资料来源：ESA/Hubble&NASA,P.Cote第一篇论文发现这些黑洞在数十亿年中获得了质量，其方式不容易被标准的星系和黑洞过程所解释，如合并或气体的吸积。第二篇论文发现这些黑洞的质量增长与黑洞的预测相吻合，这些黑洞还包围着真空能量--这是由于在不破坏爱因斯坦方程的情况下尽可能地挤压物质，从而避免了奇点的产生。在不存在奇点的情况下，该论文随后表明，在宇宙第一批恒星死亡时产生的黑洞的综合真空能量与我们宇宙中的暗能量的测量数量一致。"我们同时在说两件事：有证据表明，典型的黑洞解决方案在很长很长的时间尺度上对你不起作用，而且我们有第一个被提议的暗能量的天体物理来源，"两篇论文的主要作者法拉说。"不过，这意味着并不是说其他人没有提出暗能量的来源，但这是第一篇观测论文，我们没有给宇宙添加任何新的东西作为暗能量的来源：爱因斯坦引力理论中的黑洞就是暗能量。"这些新的测量结果，如果得到进一步证据的支持，将重新定义我们对黑洞是什么的理解。在第一项研究中，该团队确定了如何利用现有的黑洞测量来搜索宇宙学耦合。考德威尔53号（NGC3115）最引人注目的是在其中心可以发现的超大质量黑洞。资料来源：美国宇航局、欧空局和J-埃尔文（阿拉巴马大学）。黑洞也很难在很长的时间尺度上进行观测。观察可以在几秒钟内进行，或者最多几十年--没有足够的时间来检测黑洞在宇宙的整个生命周期中可能发生的变化。要看到黑洞在几十亿年的范围内如何变化是一项更大的任务。因为星系的寿命可能长达数十亿年，而且大多数星系都包含一个超大质量黑洞，研究小组意识到星系是关键，但选择正确的星系类型至关重要。研究报告的共同作者、西北研究协会的星系专家萨拉-佩蒂（SaraPetty）说："在文献中测得的星系中的黑洞有许多不同的行为，而且实际上没有任何共识。我们决定，通过只关注被动进化的椭圆星系中的黑洞，我们可以帮助理清这件事。"椭圆星系是巨大的，而且形成得很早。它们是星系组装的化石。天文学家认为它们是星系碰撞的最终结果，体积巨大，有多达数万亿颗旧星。通过比较5个不同的古代椭圆星系的黑洞质量和今天椭圆星系中的黑洞来测量耦合强度k。测量结果聚集在k=3左右，意味着黑洞含有真空能量，而不是一个奇点。资料来源：法拉等人，2023年[《ApJ》杂志]通过只观察最近没有活动的椭圆星系，研究小组可以认为，这些星系的黑洞质量的任何变化都不可能轻易地由其他已知过程引起。利用这些种群，研究小组随后检查了它们中心黑洞的质量在过去90亿年中是如何变化的。如果黑洞的质量增长只通过吸积或合并发生，那么这些黑洞的质量预计根本不会有太大变化。然而，如果黑洞通过与膨胀的宇宙耦合而获得质量，那么这些被动演化的椭圆星系可能会显示出这种现象。研究人员发现，他们看的时间越靠前，黑洞的质量就越小，相对于它们今天的质量。这些变化是很大的。今天的黑洞比90亿年前的黑洞大7到20倍，大到研究人员怀疑宇宙学耦合可能是罪魁祸首。在第二项研究中，研究小组调查了在第一项研究中测得的黑洞增长是否可以单独用宇宙学耦合来解释。"你可以把一个耦合的黑洞想象成一个橡皮筋，随着宇宙的扩张而被拉长，随着它的拉伸，它的能量增加。爱因斯坦的E=mc2告诉你，质量和能量是成比例的，所以黑洞的质量也会增加。"质量增加的程度取决于耦合强度，研究人员称这个变量为K。橡皮筋越硬，就越难拉伸，所以拉伸时的能量就越大。简而言之，这就是k，"克罗克说。因为来自宇宙学耦合的黑洞的质量增长取决于宇宙的大小，而宇宙在过去比较小，所以第一项研究中的黑洞必须以正确的数量减少质量，以便宇宙学耦合的解释能够发挥作用。研究小组在三个不同的椭圆星系集合中检查了五个不同的黑洞群，这些黑洞取自宇宙大约是现在大小的二分之一和三分之一的时候。在每一次比较中，他们都测量到K值几乎为正3。2019年，这个数值被当时还是研究生的克罗克和马诺阿大学的数学教授乔尔-韦纳预测为含有真空能量的黑洞，而不是奇点。这个结论是深刻的，克罗克和韦纳已经证明，如果k是3，那么宇宙中的所有黑洞共同贡献了一个几乎恒定的暗能量密度，就像暗能量的测量结果表明的那样。黑洞来自死亡的大型恒星，所以如果知道正在制造多少大型恒星，就可以估计你正在制造多少黑洞，以及它们作为宇宙学耦合的结果增长多少。研究小组使用了詹姆斯-韦伯太空望远镜提供的关于最早的恒星形成速度的最新测量结果，发现这些数字是一致的。据研究人员称，他们的研究为理论物理学家和天文学家提供了一个框架，以进一步测试，并为当前的暗能量实验，如暗能量光谱仪和暗能量调查，提供了一个框架，以阐明这一想法。"如果得到证实，这将是一个了不起的结果，为下一代的黑洞解决方案指明了方向，"法拉说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1344675.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1344675.htm

超越爱因斯坦突破性的宇宙地图重新定义了宇宙模型

超越爱因斯坦突破性的宇宙地图重新定义了宇宙模型德克萨斯大学达拉斯分校的一名天体物理学家等组成的研究小组，作为暗能量光谱仪（DESI）合作项目的一部分，正在领导一项旨在探索宇宙膨胀和加速的开创性实验。达拉斯UT大学自然科学与数学学院（NSM）物理学教授穆斯塔法-伊沙克-布沙基（MustaphaIshak-Boushaki）博士是DESI合作项目的成员，DESI合作项目是一个由来自全球70多个机构的900多名研究人员组成的国际小组，该小组参与了一项为期多年的实验，旨在加深对宇宙历史和命运的了解。4月4日，伊沙克-布沙基与其他两位DESI科学家在加利福尼亚州萨克拉门托举行的美国物理学会会议上，介绍了对DESI实验第一年所收集数据的分析。伊沙克-布沙基介绍了从DESI数据中推断出的宇宙学结果及其对宇宙的影响。研究人员还在预印本网站arXiv上发布的多篇论文中分享了第一年收集的数据结果。位于亚利桑那州基特峰国家天文台（KPNO）的DESI仪器从宇宙最遥远的地方收集光线，使科学家能够绘制出宇宙年轻时的样子，并追溯其演变到今天所观测到的情况。了解宇宙是如何演变的，关系到宇宙是如何终结的，也关系到物理学中最大的谜团之一：宇宙正在加速膨胀，这背后究竟隐藏着什么？对DESI第一年数据收集工作的分析证实了科学家们所认为的宇宙最佳模型的基本原理，但同时也暗示，关于宇宙加速的根本原因，还有更多的东西需要了解。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：ClaireLamman/DESI合作；cmastro定制的彩色地图软件包宇宙加速度是个问题，因为它违背了在太阳系和附近太空中观察到的万有引力的工作原理，而万有引力会使有质量的物体聚集在一起。伊沙克-布沙基说："引力把物质拉在一起，所以当我们把一个球抛向空中时，地球的引力会把它拉向地球。但在最大尺度上，宇宙的作用却不同。它的行为就像有一种排斥力在把宇宙推开，加速宇宙的膨胀。这是一个大谜团，我们正在多方面进行研究。它是宇宙中未知的暗能量，还是爱因斯坦引力理论在宇宙尺度上的修正？"许多科学家认为暗能量在宇宙加速中起着关键作用，但对它的理解并不透彻。一些理论认为，暗能量是一个宇宙学常数，是空间的固有属性，是加速的驱动力。为了研究暗能量在过去110亿年中的影响，DESI小组利用迄今为止最精确的测量方法绘制了有史以来最大的宇宙三维地图。这是科学家首次以优于1%的精度测量年轻宇宙的膨胀历史。宇宙的主要模型被称为Lambda-CDM。它既包括普通物质，也包括一种很少相互作用的物质，即冷暗物质（CDM）和暗能量，称为Lambda。物质和暗能量都影响着宇宙的膨胀方式，但两者的方式截然相反。通过引力吸引，物质和暗物质减缓了宇宙的膨胀，而暗能量则加速了宇宙的膨胀。每种物质的数量都会影响宇宙的演化过程。伊沙克-布沙基说，这个模型可以有效地验证以前的实验结果，并描述宇宙在整个时间段内的样子。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/伯克利实验室然而，当DESI的第一年结果与其他研究的数据相结合时，就会发现与Lambda-CDM模型预测的结果有一些微妙的差别。Ishak-Boushaki说："我们的研究结果表明，宇宙标准模型出现了一些有趣的偏差，这可能表明暗能量正在随着时间的推移而演变。我们收集的数据越多，就越有能力确定这一发现是否成立。有了更多的数据，我们可能会为我们观察到的结果找出不同的解释，或者证实它。如果它持续存在，这一结果将揭示导致宇宙加速的原因，并为了解我们宇宙的演变迈出一大步"。更多的数据还将改进DESI的其他早期成果，这些成果涉及哈勃常数（衡量当今宇宙膨胀速度的指标）和中微子粒子的质量。DESI是首个进行完全盲法分析的光谱实验，它对科学家隐瞒了真实结果，以避免潜意识中的确认偏差。研究人员"盲目"地使用修改过的数据，并编写计算机代码来分析他们的发现。一切完成后，他们将分析结果应用于原始数据，以揭示实际答案。"Ishak-Boushaki博士的研究以及他与大约70个机构的科学家的合作揭示了关于我们宇宙的重要见解，其结果令人着迷，"NSM院长兼FrancisS.andMaurineG.Johnson杰出大学讲座教授DavidHyndman博士说。"UT达拉斯分校拥有如此世界一流的研究项目，看到我们的科学家在基础性发现中发挥关键作用，真是令人振奋"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434166.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434166.htm

新证据表明黑洞推动了宇宙的膨胀

新证据表明黑洞推动了宇宙的膨胀自20世纪20年代末以来，天文学家就知道宇宙正在膨胀，几十年来，人们认为这种膨胀的速度会随着时间的推移而减慢。毕竟，引力将事物拉得更近，而宇宙中所有物质的引力被认为是在拖累一切。但是在20世纪90年代，使用哈勃太空望远镜的天文学家们有了一个意外的发现--完全相反的情况正在发生。一个物体离我们的制高点越远，它似乎离我们越快，这表明宇宙的膨胀正在随着时间的推移而加速。在当时的模型中没有任何解释，一种被称为"暗能量"的力量被提出来，它以越来越快的速度将一切事物从其他事物中推开。从那时起，天文学家一直在寻找这种暗能量的迹象，根据它似乎具有的特性。而在一项新的研究中，一个国际科学家小组声称已经发现了暗能量可能藏身的地方--黑洞内部的证据。与我们可能认为的相反，真空并不是完全空的-随机的量子波动产生了所谓的真空能，它施加了一种向外的压力，可以对抗引力并驱动宇宙的膨胀。在一些模型中，可以在黑洞中发现真空能，而在新的研究中，研究小组首次发现了这方面的观测证据。天文学家们首先研究了过去90亿年来星系中心的超大质量黑洞的演变。这些黑洞主要通过吞噬尘埃、气体、恒星和其他黑洞来获得质量，但在一些星系，即所谓的巨椭圆星系中，这种原料会枯竭。那么应该可以预期，椭圆星系中的超大质量黑洞会停止增长。研究人员将遥远的椭圆星系中这些黑洞的质量（人们看到的是数十亿年前的样子）与那些在空间和时间上更接近我们的黑洞进行了比较。果然，现代椭圆星系中的超大质量黑洞比90亿年前的质量要大7到20倍。这表明，超大质量黑洞也可以通过其他机制获得质量。而如果它们含有真空能量，它们将既促进宇宙的膨胀，又从这个过程中获得质量，这种现象被称为宇宙学耦合。研究小组说，这是黑洞含有真空能量的第一个观测证据，当他们计算数字时，他们发现这可以解释今天在宇宙中测量的暗能量的数量。虽然不乏其他暗能量来源的建议，但该团队表示，这个新模型可能是最简洁的。这是因为它不需要在我们现有的模型中加入任何新的元素--正如爱因斯坦的广义相对论所预测的那样，这个缺口可以由黑洞来填补。新模型还解释了另一个宇宙学难题。在目前的模型中，黑洞被认为是将落入其中的一切压缩成一个无限密集的奇点，一个物理定律崩溃的点。它们在数学上应该是不可能的，所以物理学家要么为它们找到变通办法，要么认为它们意味着我们的模型是不完整的。但是如果黑洞含有真空能量，奇点就不再需要存在，这可能是我们理解上的一个重大突破，也是新模型的进一步证据。尽管这项研究耐人寻味，但还需要进一步的研究和观测来证实这个模型。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345337.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345337.htm

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（GillianBeltz-Mohrmann）和弗洛里安-凯鲁佐雷（FlorianKéruzoré）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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425688.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425688.htm