暗能量正在迫使宇宙膨胀 这座新天文台可能会向我们展示

在鲁宾天文台的剪影后面，发光的银河和数百颗星星横贯天空。（图片来源:uux.cn/布鲁诺·金特）

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（莫妮莎·拉维塞蒂）：由于暗能量的存在，我们的宇宙像一个不可摧毁的气球一样向四面八方扩散，这种力量对人类来说是完全隐藏的。狄龙·布劳特是一名天体物理学家，他试图弄清楚这一切。

布劳特希望揭示不可见宇宙和可见宇宙之间存在的奇怪关联，了解时空结构是如何流动的，或许最终揭示导致宇宙越来越快地向外膨胀的原因。

为此，他收集超新星。

然而，在挑选哪些超新星加入书架时，布劳特并不是对它们都感兴趣。这些恒星爆炸通常分为两大类:2型和1a型。布劳特想要1a型，他的理由其实很简单:

“它们并不完全相同，但非常相似，”他告诉Space.com。

本质上，要解决上述所有空间之谜，你需要在宇宙学尺度上测量一些距离。例如，只有到那时你才能知道暗能量迫使空间膨胀的程度和速度。从那里逆向计算，也许你也能了解到一些暗能量本身的性质。然而，为了测量如此宏大的距离和难以捉摸的概念，为了探索我们可以看到多远以及那个点可以移动多远，你仍然需要像尺子这样基本的东西。

幸运的是，由于1a型超新星的亮度和一般行为如此标准化，它们就像一把光年长的尺子在太空中穿梭。事实上，由于这个原因，天文学家喜欢称它们为“标准蜡烛”。它们是完美的灯塔，指引我们校准方程式并寻找答案。我们越多越好。

1a型超新星的影像。（图片来源:uux.cn/美国国家航空航天局）

为了追求效率和准确性，布劳特通过采用机器学习算法来尽可能多地搜寻1a型超新星，从而充实了他的超新星收藏。（1a类标准化有帮助的另一个原因。一致的算法喜欢一致性。)

他是暗能量调查合作的一部分，本月早些时候，该团队宣布他们的算法成功检测到了1500个这种发光的天然标记——仅用了五年时间。这是一件大事。作为背景，Brout说科学家们花了30年的时间进行常规的1a型搜索（也就是通过使用可靠的光谱仪）才找到了之前的1500名受试者。DES在大约六分之一的时间内得到了相同的结果。

“使DES如此特别的一个主要原因是它覆盖了天空中如此大的区域，”Brout说，并补充说他足够信任他的算法，可以说交叉检查相同的参数或多或少是不需要的。

但是事情将会变得更加严重。

尽管DES产生了数量惊人的1a型卫星，但其相关仪器暗能量相机只能覆盖30平方度的天空。布劳特说，这只是相对较小的一部分。进入:鲁宾天文台。

或者，更具体地说，从明年开始，将部分使用最先进的LSST相机来创建空间和时间的遗产调查。

容纳暗能量相机的布兰科望远镜圆顶。（图片来源:uux.cn/费米实验室Reidar Hahn）

“LSST将观测整个可观测的南方夜空，”布劳特说。“你将从德斯发现1500个警报到LSST发现100万个警报，我们将过滤掉这些警报，希望使用机器学习和其他算法获得几十万个1a型超新星。”

该天文台的建设项目经理维克多·克拉本丹在2024年1月举行的第243届美国天文学会会议上表示，幸运的是，鲁宾天文台正式走上轨道，将于今年晚些时候全部建成，LSST将于明年初至中旬从智利山顶开始旅程。“我们已经进入实际建设阶段大约10年了，”他说。“太阳落山了，我们越来越近了。”

事实上，布鲁特已经有一个特殊的难题等待LSST解决。

随着本月宣布的1500颗1a型超新星的主要发现，布劳特和其他研究人员在一定程度上证实了我们目前所知的“宇宙常数”，你可以认为宇宙常数是宇宙膨胀方程中代表暗能量的值。它解释了正常物理学无法完全解释的加速度。这一“确认”起初听起来可能令人失望，但在某种程度上，这是相当好的进展。这意味着对宇宙膨胀最精确的计算之一告诉我们，迄今为止我们所知道的关于暗能量的一切可能都是正确的。

然而，也许更有趣的是，该团队的工作也暗示了一种奇怪的模式。“我们确实在论文中有一部分结合了所有可用的暗能量探测，而不仅仅是超新星。我们看到的是，许多探测都指向暗能量‘状态方程’的一个稍大的值，这意味着它不是一个宇宙常数。”

换句话说，这意味着不存在代表暗能量的值。也许它是灵活的。

“我们从这项新的LSST分析中得到的一个主要好处是，我们在附近的宇宙中发现了更多的超新星，这是因为我们覆盖了太多的天空区域，”布劳特说。“如果你仔细想想，附近的宇宙是这样的宇宙，由于光速的原因，我们现在看到的星系更接近于它们今天的样子。如果你看着遥远的宇宙，你看到的是年轻得多的宇宙。”

他解释说，这很重要，因为暗能量的影响被认为是最近宇宙中最强的。为什么？这就是奇怪的地方。

“暗能量，我们认为，是空间本身的一种属性，”布劳特说。“这就是宇宙常数所体现的东西，就像真空空间的能量。”

因此，如果暗能量是真空的一种属性，那就意味着今天宇宙中的暗能量比过去多。这是因为宇宙正在膨胀，从而创造了更多的“空间”。

“我们认为它不会随着宇宙的膨胀而稀释，”布劳特说，“所以这意味着，相对于宇宙中的物质和宇宙中的暗物质的数量，你得到的暗能量越来越多。”

此时，像我一样，你可能会想:对不起，什么？我以为宇宙是包容的？新的暗能量来自哪里？它不可能凭空出现的，对吧？

“这是一个价值百万美元的问题，”布劳特说。“难道它只是空间的一种属性吗？这是宇宙的基本属性吗？随着空间本身的膨胀，你会自然而然地获得更多的暗能量？”

为了弄清真相，我们很快就会有一台价值数百万美元的相机在等着我们。

在布劳特开始计算LSST第一缕曙光到来的日子之前，还有四个主要步骤。首先，鲁宾团队必须准备好一些关键镜像。然后，工作人员必须得到西蒙尼望远镜所需的玻璃——据报道，西蒙尼望远镜在飞行测试中甚至没有合适的玻璃组件——然后安装调试相机。最后，目前正在西海岸组装的约2亿美元的LSST相机将赢得一席之地。

LSST相机和SLAC相机团队于2024年1月16日在LSST洁净室拍摄。（图片来源:uux.cn/Jacqueline Ramseyer Orrell/SLAC国家加速器实验室）

“你还是得把它从加州带到峰会。这是一种非常精密的仪器。它的特别之处在于它是一台价值2亿美元的相机——无可替代，”克拉本丹告诉Space.com。

“这是一个巨大的相机，”他说。“对于焦平面来说是3.2千兆像素。“

就上下文而言，1千兆像素等于10亿像素；一台标准的DSLR相机可以拍摄数百万像素的画面。要真正理解这一点，想想100万秒是如何变成12天的；十亿秒是31年。那么…想象一下相机扫描整个可观测的南方天空的分辨率。

这就是为什么这座由美国国家科学基金会（National Science Foundation）和能源部（Department of Energy）分别出资约5亿美元和1亿美元建造的天文台备受期待的原因。能源部对布劳特的暗能量研究特别感兴趣。

如此备受期待。