有人説暗能量不存在？這可不一定_風聞

原作：Chelsea Gohd

翻譯：饒文衝

校對：馬玥 牧夫天文校對組

編排：黃卓爾

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文鏈接：

https://www.space.com/dark-energy-not-debunked.html

Abell 1689星系團以其引力透鏡現象（光線經過大質量天體附近時發生彎曲的宇宙現象）而聞名。對星團的研究揭示了暗能量如何塑造宇宙的秘密。

Image: © NASA, ESA, E. Jullo (JPL/LAM), P. Natarajan (Yale) and J-P. Kneib (LAM)

一項新的研究表明，暗能量可能根本不存在。但其他科學家發現了這一大膽説法的主要缺陷。

暗能量是一種神秘的假想形式的能量，能夠解釋宇宙的加速膨脹。如何證實暗能量的存在，並判斷它對宇宙的影響呢？科學家們提出了一種方法：測量Ia型超新星的紅移。

紅移指的是來自遠離我們的物體的光的光譜會向紅色方向移動的現象。換句話説，通過測量這些超新星在遠離我們時發出的光是如何變化的，科學家們可以計算出它們離我們有多遠，因此，宇宙是如何隨着時間的推移“向外推擠”或膨脹的。這一證明基於這樣一種假設，即超新星的光度，或者説亮度，不隨紅移而演化，也不隨宇宙時間推移而變化。

如果像科學家們預估的那樣，暗能量確實存在，那麼宇宙將越來越快地持續擴張。但是，如果暗能量被證實是子虛烏有的，那麼宇宙的膨脹最終會放緩，甚至可能會開始收縮。

一個大膽的主張

在一項新的研究中（該研究已被《天體物理學雜誌》接收並提前發佈於arXiv上），韓國首爾延世大學的研究人員，以及來自里昂大學和韓國空間科學研究院的合作者聲稱，他們發現了暗能量可能根本不存在的證據。他們研究了一個包括大約30個Ia型超新星的星系樣本，並宣佈已經推翻了超新星光度演化的假設。

“卡爾·薩根説過，不同尋常的主張需要不同尋常的證據。我們的研究結果表明，源自超新星宇宙學的暗能量或許僅僅是一個經不起推敲的假設，儘管它獲得了2011年的諾貝爾物理學獎。”研究主導人，延世大學教授Young-Wook Lee如此聲明。Lee和共同作者Yijung Kang在一封電子郵件中説：“從表面上看，我們的研究結果表明，暗能量存在的證據幾乎消失了。這將由未來的觀察結果證實。”

為了得出這樣一個大膽的結論，研究人員觀察了存在超新星的鄰近星系中恆星的光譜——物質與這些超新星相互作用或發出電磁輻射時產生的光的顏色帶。研究這些星系發出的光幫助他們確定了這些星系中恆星的年齡。

研究小組發現，這些超新星的亮度與這些星系中恆星的年齡之間存在顯著的相關性。他們發現，年輕星系中的超新星比較老星系中的超新星暗一些，這將推翻超新星光度不隨宇宙時間演化的假設。由於這一假設是暗能量存在的主要論據之一，他們得出結論：暗能量可能根本不存在。

有缺陷的研究

從表面上看，如果這些研究人員的工作是正確的，那麼這項研究很可能會極大地破壞我們對暗能量的認知。然而，巴爾的摩約翰·霍普金斯大學(Johns Hopkins University)物理學和天文學教授Adam Riess表示，如果再仔細觀察一下這項研究，就會發現，這項研究很可能不會對暗能量的存在提出質疑。

“我認為它是有缺陷的。”Riess這樣評價Lee的研究。他補充説，Lee的研究小組的發現“與在更大樣本的超新星中觀察到的結果不一致”。

Riess指出了一些與研究人員公佈的數據不一致的地方。例如，有一幅圖（如下）用y軸表示星系的亮度，用x軸表示恆星的年齡。綠線（由Riess添加）顯示了我們宇宙的開始。那麼這個圖描繪了比我們的宇宙更古老的星系。

“有些模型高估了較老星系的年齡，”Lee和Kang説。

這幅圖來自Lee的研究，Riess在上面添加了一些標記。這些標記指出了Lee研究中的一些潛在缺陷。

(Image credit: Lee et. al, with additional analysis from Adam Riess.)

此外,該研究採用一個小的樣本，你可以看到在同一個圖上的點（上圖中的實心點）；空心點是未包含在整體結論中的星系。所以，就像Riess指出的那樣，這項研究有一些奇怪的地方。

Riess隨即闡述了其他相關研究，在他看來，那些研究樣本容量更大、研究更深入，與Lee和Kang的研究形成鮮明對比。Riess提到了由天體物理學家Benjamin

Rose主持的研究“放眼全球，立足本地：環境年齡和宿主質量對Ia型超新星光變曲線的影響”。在下圖中，Riess添加了一個紅色的圓圈，Lee和Kang的圖中的一個點將會落在這個圓圈裏，很明顯，在Rose的研究中，這個點將不存在。

上圖源於Benjamin Rose領導的一項研究，Lee的研究中存在的一個數據點（用紅色圓圈表示），在其他樣本容量更大的研究(如Rose的研究)中並不存在。

Image credit: Rose et. al with additional analysis from Adam Riess.

像這樣的研究可能會讓人感到困惑，但重要的是，正如Lee指出的，不同尋常的主張需要不同尋常的證據。

Lee的團隊承認，他們的結論需要進一步的觀察來證明，但正如Riess所描述的，他們的結論似乎有一些缺陷。

其他解釋

除了這個結論本身可能存在的錯誤之外，還有一個事實：超新星的光度和變化的距離並不是暗能量存在的唯一證據。

儘管Lee的團隊斷言這些超新星的紅移是暗能量存在的最有力證據（而且這一證據是有缺陷的），但它並不是唯一的證據。另外兩個主要的證據來源是宇宙微波背景（CMB）和重子聲學振盪（BAO）。

根據科學家的觀點，一個沒有暗能量的宇宙會具備很多結構，這會改變CMB光子的作用方式。然而，目前對CMB的觀測結果，與對“存在暗能量的宇宙”中CMB的預測是一致的。科學家對BAO的觀察也符合宇宙中存在暗能量這一假設。

『天文時刻』 牧夫出品

微信公眾號：astronomycn

火星北極的暴風雨

圖片來源：ESA/DLR/FU Berlin