新的暗能量数据从畸形、扭曲、古老的空洞中浮现出来

宇宙中有一些我们无法正确地看到它们空洞,这些空洞——宇宙中巨大的、不规则的、没有星系的空隙——遍布整个宇宙。但是,因为它们是空的,天文学家不能直接观测它们。相反,他们通过在空间中绘制星系地图,然后在这些区域之间标记区域来发现它们。然而,从我们在地球上的角度来看,所有这些空洞看起来都是扭曲的。

这些区域在某些地方似乎被拉伸,而在另一些地方则被挤压。这是边缘星系“红移”的结果,这是由这些星系的运动引起的视觉扭曲。当它们远离观察者(在这种情况下是地球人)时,星系的波长似乎变长了,变得更红,随着波长变短,向我们移动的恒星看起来会更蓝。暗能量是天文学家给一种看不见的力量起的名字,它拉伸我们的宇宙,使星系彼此远离。

根据7月9日发表于“ 物理评论 ”杂志上的一篇论文,这种失真证明是一件好事。到目前为止,研究人员依靠精确测量各个星系的红移来计算宇宙膨胀的速度,反过来,还有多少暗能量来驱动这种膨胀。但是测量空洞的扭曲是一种更加精确的技术,使研究人员能够进一步缩小这种扩展范围。

“我们实际上测量的是星系在真空区域周围位置的扭曲,”英国朴茨茅斯大学的研究员、论文的第一作者塞沙德里纳达瑟说。“关于空洞,它们是我们可以非常精确地模拟星系运动的空间区域。”

纳达瑟在接受新闻采访时表示,这是因为精确确定星系运动所需的数学运算在这些空洞中变得简单得多。他说:“星系的运动是由于引力把它们拉向过量物质的区域,而问题通常是,我们的引力理论——爱因斯坦的广义相对论——非常复杂,方程很难精确解出来。”“所以在宇宙学的大部分时间里,我们使用近似——被称为‘微扰理论’——来帮助解决这个问题。这种微扰理论在真空区域比在有大量物质的区域更有效,所以我们的预测更简单,在真空中更准确。”

这种增加的准确性的结果是,使用本文中首创的技术,科学家可以对宇宙膨胀率做出更精确的估计,并更好地确认观测到的膨胀率与天文学家对膨胀发生原因的首选理论相符。这一新的结果也进一步限制了其他一些理论的范围。纳达瑟表示,之前对星系运动的最佳测量也做到了这一切,但效果要差四倍左右。

先前对星系空隙红移的最佳测量来自于一项名为重子振荡光谱调查(BOSS)的天空研究。这种空间失真测量也依赖于BOSS数据,但将这种新的分析技术应用于BOSS数据的结论有了很大的改进。

研究人员在论文中写道,对宇宙膨胀的改进测量符合现有的暗能量在宇宙中如何运作的理论:我们生活在一个“平坦”的宇宙中,暗能量驱动着宇宙的膨胀。纳达瑟说:“把我们的研究结果和鲍恩(重子声波振荡)技术的结果放在一起,我们就能更好地测量大约55亿年前的宇宙膨胀率。”“这反过来又非常重要,因为它告诉我们暗能量在那段时间里一直在做什么,以及其他一些东西,比如空间的曲率——这让我们宇宙学家兴奋不已。”

研究人员还在论文中指出,为了更好地理解暗能量,未来还将有几项努力来比BOSS更精确地扫描天空。研究人员写道,同样的技术也应该大大提高这些调查的精确度。

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