暗能量研究论文

据外媒报道，暗物质被认为可能是宇宙物质的主要组成部分（占宇宙质量约85%），其是不可见的，不容易被发现。它的属性也仍然相当不明显。现在， 加州大学河滨分校（UCR）的一位理论粒子物理学家及其同事在《高能物理学杂志》上发表了一篇研究论文，表明假设存在一种新型力量的理论如何能够帮助解释暗物质的特性。

物理学和天文学副教授、该论文的资深作者Flip Tanedo说：“我们生活在暗物质的海洋中，但我们对它可能是什么知之甚少。它是自然界中最令人困扰的已知未知数之一。我们知道它的存在，但我们不知道如何寻找它，或者为什么它没有出现在我们预期的地方。”

这项新的研究提出在时空中存在一个额外的维度来寻找暗物质，是Tanedo领导的加州大学河滨分校一个正在进行的研究项目的一部分。根据这一理论，一些暗物质粒子的行为并不像粒子。实际上，不可见的粒子与更多不可见的粒子相互作用，使后者不再像粒子那样表现。

“我过去两年的研究计划的目标是将暗物质'说话'的想法扩展到暗能量，”Tanedo说。"在过去的十年里，物理学家们已经意识到，除了暗物质之外，隐藏的暗能量可能支配着暗物质的相互作用。这些可以完全改写人们应该如何寻找暗物质的规则。"

如果两个暗物质的粒子相互吸引或排斥，那么暗能量就在运作。Tanedo解释说，暗能量在数学上被一种具有额外维度的理论所描述，并作为一种连续的粒子出现，可以解决在小型星系中看到的困惑。

他说：“我们正在UCR进行的研究项目是对暗能量建议的进一步概括。我们观察到的宇宙有三个维度的空间。我们提出，可能有一个只有暗能量知道的第四维度。额外的维度可以解释为什么暗物质在我们试图在实验室中研究它的过程中隐藏得如此之好。”

Tanedo解释说，尽管额外维度听起来像是一个奇特的想法，但它们实际上是描述“共形场论”的一个数学技巧--高等量子力学的普通三维理论。这些类型的理论在数学上很丰富，但不包含传统粒子，因此通常被认为与描述自然无关。这些具有挑战性的三维理论和更易操作的外维理论之间的数学等价关系被称为全息原理。

“由于这些共形场论既困难又不寻常，它们还没有真正被系统地应用于暗物质，”Tanedo补充说。“我们没有使用这种语言，而是用全息外维理论工作。”

外维理论的关键特征是，暗物质粒子之间的力是由无限多的不同质量的粒子描述的，称为连续体。与此相反，普通的力是由具有固定质量的单一类型的粒子描述的。这类连续体-暗部门对Tanedo来说是令人兴奋的，因为它做了一些 "全新和不同的事情"。

据Tanedo说，过去关于暗物质的工作主要集中在模仿可见粒子行为的理论上。他的研究项目正在 探索 更极端的理论类型，大多数粒子物理学家认为这些理论不太有趣，也许是因为现实世界中没有类似的东西存在。在Tanedo的理论中，暗物质粒子之间的力与普通物质感受到的力有惊人的不同。

"对于我在物理学入门课程中讲授的引力或电力，当你把两个粒子之间的距离增加一倍时，你的力会减少四倍。另一方面，一个连续的力，则减少了多达8个系数。"

这种额外维度的暗力有什么影响？由于普通物质可能不会与这种暗力相互作用，Tanedo转向了自交暗物质的想法，这个想法由加州大学洛杉矶分校物理学和天文学副教授于海波首创，他不是论文的共同作者。于海波表明，即使在没有与正常物质发生任何相互作用的情况下，也可以在矮球状星系中间接地观察到这些暗力的影响。Tanedo的团队发现连续力可以重现观察到的恒星运动。

Tanedo说：“我们的模型走得更远，比自相作用的暗物质模型更容易解释暗物质的宇宙起源。”接下来，Tanedo的团队将 探索 "暗光子 "模型的一个连续版本。

Tanedo说：“这是一个更现实的暗能量的画面。暗光子已经被研究得非常详细，但是我们的外维框架有一些惊喜。我们还将研究暗能量的宇宙学和黑洞的物理学。”

Tanedo一直在勤奋地工作，以确定他的团队在寻找暗物质方面的 "盲点"。“我的研究计划针对的是我们对粒子物理学的一个假设：粒子的相互作用是由更多粒子的交换来充分描述的，”他说。“虽然这对普通物质来说是真实的，但没有理由对暗物质进行这样的假设。它们的相互作用可以通过交换粒子的连续体来描述，而不是仅仅交换单一类型的力粒子。”

即使只使用了一半的数据，这项包括来自 7 个国家的 25 个机构的 400 名科学家个人的调查也观察到了超过 亿个星系。观测是使用位于智利Cerro Tololo 美洲天文台的Victor M Blanco望远镜完成的。Blanco 望远镜宽 4 米，分辨率为 570兆像素，几乎是标准 iPhone 相机的 50 倍。 所有这些观察能力对于收集数据都非常有用，但科学家们需要知道收集后如何处理这些数据。调查的目的是“量化分布的暗物质和效果暗能量”根据新闻稿由费米实验室，其建造和测试调查所用的摄像头。这两个鲜为人知的宇宙特征构成了宇宙中所有已知“物质”的95％。 尽管它们很普遍，但它们很难被发现，因此被称为“黑暗”。但是，DES对这些鲜为人知的现象的某些特征提供了前所未有的洞察力。特别是，两个宇宙学特征是调查工作的核心。第一个是“宇宙网”，第二个是弱重力透镜。 宇宙学家通常将这些聚集的区域归因于存在更高密度的暗物质，因此也归因于重力。绘制它们在太空中出现的位置，可以深入了解银河系的哪些区域可能具有高浓度的暗物质可供研究。然后可以将宇宙增长模型的结果与宇宙网进行比较，以检查它们在预测宇宙实际结果方面的准确性。 弱引力透镜的视觉冲击力不如其强大的同类，但它确实提供了对暗物质和暗能量的重要地图的更多洞察。众所周知，计算透镜产生的影响也非常困难，这正是 DES 团队开发的一些额外分析工具发挥作用的地方。 为了解决这个问题，DES 团队提出了一种新颖的校准技术。他们选择了天空的 10 个不同区域进行“深场”搜索，这使他们能够看到比正常观测区域更远的星系。然后，他们使用在这些深场中计算出的红移值来校准其余被调查天空中的红移值。 即使去除了红移，更多的数据对于理解宇宙现象总是更有用。DES 团队还分析了许多其他现象，包括重子声学振荡、大质量星系团的频率测量以及对调查中捕获的Ia 型超新星的一些特征的计算。 所有这些努力的总体结果是当前宇宙演化模型的另一层羽毛。DES 的调查结果与用于从一开始就绘制宇宙图的预测模型非常吻合。事实上，它与先前的说法相矛盾，即观察到的宇宙与预测的宇宙之间存在几个百分比的差异。 但团队的努力尚未完成。他们仍然只分析了一半的数据，因此另一半有望为暗能量和暗物质的图片添加更多细节。此外，已经计划使用维拉·鲁宾天文台等新仪器进行新的勘测。总是有更多的宇宙学数据需要收集。

通过对遥远星系团发出的X射线进行观测和分析，欧洲航天局科学家得出了与暗能量理论不符的结果。不过专家指出，新结果是否意味着人们一直探讨的宇宙暗能量“或许并不存在”，仍需更多的观测研究来证明。爱因斯坦的广义相对论做出过暗能量的假设。据推测，不可见的暗能量可能占据了宇宙质量的大部分，能够产生与引力相反的排斥力，这也许可以解释为什么宇宙会出现加速膨胀现象。关于暗能量理论，一些科学家认为，要验证暗能量是否存在，办法之一是比较各星系团中炽热气体的比例。星系团由成百上千个星系组合而成，其半径达数百万光年。星系团的特点之一是其中有大量炽热气体，温度在1000万到1亿摄氏度之间。欧洲航天局的XMM牛顿天文望远镜捕捉到了古老的遥远星系团发出的X射线。科学家对此进行分析后得出了这些古老星系团中炽热气体所占的比例。他们将这些数据与距地球最近也就是最年轻的星系团中炽热气体所占比例进行了比较，结果发现二者没有差别。科学家认为，只有假设宇宙中没有暗能量才能解释这一现象。 天文学家确认暗能量存在，证实宇宙加速膨胀据英国广播公司(BBC)网站报道，运用最先进的天文测量技术，日前天文学家通过巡天观测确认了神秘的暗能量的存在。暗能量占据宇宙全部物质的74%，它是宇宙加速膨胀的推手。宇宙的膨胀进程处于两种相克的力量平衡之中，如同阴阳相克。其中的一种力量是引力，它们的作用使膨胀减速，而另一种强大的反制力量则是暗能量，它使宇宙加速膨胀。而现在看来，暗能量胜出了。这项研究基于科学家们对20万个星系进行的观测。研究人员运用两种不同的手段来对先前的暗物质观测结果进行验证。《英国皇家天文学会月刊公告》已经接受了该小组提交的两篇论文，并将刊载。此次运用的两种天文测量方法中，一种手段是对宇宙中星系的分布状况进行考察，找出其中的模式。这种模式被称为“重子声学振荡”(baryon acoustic oscillations, BAO)。第二种手段是测量宇宙中不同时期星系团的形成速度差异。这两种方法的结果都证实了宇宙中暗能量的存在以及宇宙的加速膨胀事实。暗能量的概念最早是上世纪90年代，天文学家们在对遥远的超新星进行观测时首次提出来的。爱因斯坦是正确的为了解释宇宙为何会加速膨胀，天文学家和物理学家们面临两种选择：或者重写爱因斯坦的理论，或者去接受这样一种观点，那就是宇宙中充满着一种全新的，我们完全不了解的神秘能量。克里斯·布莱克(Chris Blake)博士来自澳大利亚墨尔本的斯威本科技大学，也是这一研究的合作者之一。他说：“暗能量起到的作用就像是你向上抛出一个球，然后你发现它加速向上飞去。并且越飞越快。这样的结果告诉我们，暗能量是一个宇宙常数，正如爱因斯坦最初提出的那样。如果只考虑引力，我们不可能观察到这样的现象。”这些最新的发现结果来自一项名为“WiggleZ”的星系巡天项目，这一项目始于2006年，于2013年完成。这一项目使用了美国宇航局星系演化探测器(Galex)和澳大利亚赛丁泉天文台英-澳望远镜的数据。这一巡天项目对前所未有的广袤空间内的星系分布进行了考察，相当于回溯80亿年的时间，当时的宇宙仅有今天年龄的一半。宇宙学家鲍勃·尼科(Bob Nicholl)表示：“这是一项重大的进展。这些参与者都是这方面的大家，我们等待他们的结果已经有一段时间了。”尼科博士本身是英国朴茨茅斯大学的天体物理学教授，他说：“这是对暗能量存在的再次确证，让我们能更好的修正我们的理论并为我们指明未来的道路。接下来很快会有更多的天文学家跟进这项研究工作。”然而，尽管科学家们已经确认暗能量和暗物质确实存在，但是至今我们仍然无法对这两种神秘现象进行解释。 神秘的暗能量（dark energy）真的在加速宇宙的膨胀吗？一支由50余位天文学家组成的国际研究小组通过计算一万多个星系的合并速率，进一步加深了人们对宇宙暗能量奥秘的认识。新的研究技术也将成为日后测量暗能量如何发挥作用的强大工具。相关研究论文发表在2008年1月31日的《自然》杂志上。 美国空间望远镜科学研究所Adam Riess领导的研究小组在《天体物理学杂志》上发表论文称，宇宙的膨胀在加速进行，而非许多科学家认为的那样变慢或开始收缩。这一发现的影响是巨大的：宇宙的大尺度上不仅存在着一种比引力更强大的反作用力，而且这种“力”（后来即被称为暗能量）似乎组成了宇宙物质的四分之三还多。不过，关于暗能量一些基本问题的争论依然存在，甚至就暗能量到底存在与否也是众说纷纭。造成这一状况的关键在于关于宇宙膨胀还存在其它可能的解释。比如，在宇宙的最大尺度上，引力的作用方式和表现可能与一般情况下截然不同。作为欧空局VIMOS-VLT深度巡天计划（VVDS）的一部分，在新的尝试中，51位研究者利用欧空局甚大望远镜（VLT）的可见光多目标光谱仪（VIMOS），确定了在相同宇宙邻域中大约13000个松散关联星系的运动速度，这些星系与地球的距离大致相同，为70亿光年。研究人员明白，随着时间过去，许多星系会趋于合并，最终成为超星系团。因此，在大量星系刚刚开始发生联系时就检测它们的运动状态，有助于揭示暗能量是否阻碍了令星系结合的引力作用。这些70亿光年外的星系所反映的宇宙寿命只有宇宙寿命的一半。研究结果到目前为止是不错的。将最新研究与此前在现今宇宙中进行的2度视场星系红移巡天（Two-degree-Field Galaxy Redshift Survey，简称2dFGRS）研究数据进行对比后，研究人员发现，在单纯的引力之外，确实有一些东西“扭曲”着星系的速度。因此，随着时间的推移，星系的合并速度越来越慢，所要克服的障碍也越来越大。而唯一的问题是科学家认为此次的研究还是太有限，不能得到无可辩驳的结论。论文第一作者、意大利布雷西亚天文台（Osservatorio Astronomico di Brera）的Luigi Guzzo说，“我们在星系形成星团之前抓住了它们。”论文合著者、意大利罗马大学的Enzo Branchini表示，这是该技术首次用于暗能量的探测，而他们下一步将通过研究更多不同距离、不同年龄时期的星系（有可能达到1亿颗），努力证实第一轮研究得出的答案。Branchini说，最终足够的样本数量将能够让暗能量的某一种解释凌驾于其它之上。对于最新研究结果，前辈Riess评价说，“这是一个令人振奋的消息，暗能量仍然是宇宙学和物理学中最紧迫的问题之一。”美国达特茅斯学院（Dartmouth College）的宇宙学家Robert Caldwell也表示，尽管这只是初步结果，但星系合并速率的测定将对科学家计算宇宙为何加速膨胀十分有用。