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

科学家验证爱因斯坦和欧拉关于宇宙加速膨胀和暗物质的理论

科学家验证爱因斯坦和欧拉关于宇宙加速膨胀和暗物质的理论日内瓦大学（UNIGE）的研究人员设计了一种新方法，通过考虑时间扭曲的度量来检验欧拉和爱因斯坦的理论，试图解释暗物质和宇宙膨胀加速的神秘现象。这种方法是首创，有助于了解宇宙中是否存在违反这两个理论的新力量或新物质。自从发现暗物质和宇宙加速膨胀以来，它们的方程的有效性就受到了考验：它们能够解释这些神秘现象吗？日内瓦大学（UNIGE）的一个研究小组开发出了第一种方法来找出答案。它采用了一种从未使用过的测量方法：时间扭曲。该研究成果最近发表在《自然-天文学》（NatureAstronomy）杂志上。欧拉（1707-1783年）和爱因斯坦（1879-1955年）的理论彻底改变了我们对宇宙的认识。欧拉提出了以自己名字命名的著名方程，为科学家们提供了计算宇宙中星系运动的有力工具。爱因斯坦用他的广义相对论证明，宇宙并不是一个静态的框架：它会被星团和星系扭曲。物理学家用各种方法对这些方程进行了测试，迄今为止都证明是成功的。然而，有两个发现继续对这些模型提出考验：宇宙膨胀的加速和看不见的暗物质的存在，暗物质被认为占宇宙中所有物质的85%。这些神秘现象是否仍然遵循爱因斯坦和欧拉的方程？研究人员仍然无法回答这个问题。"问题在于，目前的宇宙学数据无法让我们区分打破爱因斯坦方程的理论和打破欧拉方程的理论。我们在研究中证明了这一点。我们还提出了解决这一问题的数学方法。这是我们十年研究的结晶，"该研究的第一作者、联合国大学理学院理论物理系副教授卡米耶-邦万解释说。研究人员无法在宇宙的最边缘区分这两个方程的有效性，因为他们缺少一个"要素"：时间扭曲的测量。"在此之前，我们只知道如何测量天体的速度以及时间和空间扭曲的总和。卡米耶-邦万说："我们已经开发出一种方法，可以获得这种额外的测量，这还是第一次。""如果时间畸变不等于时间和空间的总和（即广义相对论得出的结果），这意味着爱因斯坦的模型不起作用。如果时间畸变与用欧拉方程计算出的星系速度不一致，这意味着后者不成立。"加拿大西蒙弗雷泽大学物理系教授、该研究的合著者列冯-波戈西安解释说："这将让我们发现宇宙中是否存在违反这两种理论的新力量或新物质。"这些研究成果将对几项旨在确定宇宙加速膨胀的起源和暗物质性质的任务做出重要贡献。这些任务包括欧洲航天局（ESA）将于2023年7月与联合国地球物理学和天文学研究所（UNIGE）合作发射的EUCLID太空望远镜，以及于2021年在亚利桑那州开始为期5年任务的暗能量光谱仪（DESI）。还有位于南非和澳大利亚的国际SKA（平方公里阵列）巨型射电望远镜项目，该项目将于2028/29年开始观测。"我们的方法将被整合到这些不同的任务中。"卡米耶-邦万兴奋地说："我们的方法将融入这些不同的任务中，DESI已经是这样做的，由于这项研究，我们成为了他们的外部合作者。研究小组已经成功地在合成星系目录中测试了其模型。下一阶段将使用DESI提供的第一批数据对其进行测试，并找出可能妨碍其应用的障碍，尽量减少系统性特征。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373347.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1373347.htm

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（NiallJeffrey）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（DarkEnergyCamera）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CerroTololo美洲天文台的望远镜上。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423566.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423566.htm

新的暗物质地图证实了爱因斯坦的宇宙理论

新的暗物质地图证实了爱因斯坦的宇宙理论一个由160多名天文学家组成的国际团队利用阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT），对占宇宙全部质量约85%的无形暗物质进行了新的揭示。这项具有里程碑意义的研究证实了爱因斯坦关于引力和宇宙学的理论，再次确认了物理学标准模型的有效性。在ACT天文台于2022年底退役之前，研究人员通过再次观察宇宙微波背景（CMB）收集了足够的数据用于研究。CMB是一种弥漫性辐射，充满了整个可观测的宇宙，传统上被认为是宇宙的第一个电磁哀号，起源于宇宙只有38万年的时候。天文学家追踪了宇宙中大型结构的引力--包括暗物质--是如何在到达地球的140亿年里扭曲CMB辐射的，就像放大镜弯曲通过镜头的光线一样。根据这些观测结果制作的新的详细地图显示，宇宙的"块状"和膨胀率与基于爱因斯坦引力理论的宇宙学标准模型一致。剑桥大学宇宙学教授BlakeSherwin说，新地图为正在进行的辩论提供了新的见解，有人称之为"宇宙学的危机"。这里的"危机"源于最近通过使用星系中恒星发出的背景光而不是仅仅使用CMB化石辐射进行的测量。这些结果似乎表明，暗物质不够"结实"，无法将宇宙捆绑在一起，使得宇宙学的标准模型本质上是"破碎的"，或者至少是不完整的。相反，用ACT观测站制作的新地图与源于标准模型的预测"很一致"。目前，不再需要编造新的物理定律来"修复"我们关于自然界如何运作的知识。普林斯顿大学物理学教授、ACT主任苏珊娜-斯塔格斯（SuzanneStaggs）说，"CMB透镜数据在追踪外面的东西的总和的能力方面，可以与更传统的对星系可见光的调查相媲美。综合来看，CMB透镜和最好的光学测量正在阐明"宇宙中所有质量的演变"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354667.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354667.htm

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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424253.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424253.htm

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