我們宇宙的膨脹速度可能正在減慢。這對暗能量意味著什么？

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編譯：蔡賀菁

校對：申振宇 王婧彧

美編：李子琦

原文鏈接：https://www.space.com/astronomy/dark-universe/the-expansion-of-our-universe-may-be-slowing-down-what-does-that-mean-for-dark-energy

兩個“扇形”代表銀河系平面上下的觀測結(jié)果（圖片來源：DESI合作組/美國能源部/基特峰國立天文臺/美國國家光學(xué)紅外天文研究實驗室/美國國家科學(xué)基金會/美國大學(xué)天文研究協(xié)會/R. Proctor/Robert Lea（使用Canva制作））

暗能量本就充滿神秘，令人困惑，而最新研究表明，這種未知力量或許不再使星系間越來越遠(yuǎn)。

這項驚人的研究成果表明，宇宙膨脹速率已開始減緩，這與暗能量仍在加速宇宙膨脹這一當(dāng)前主流的觀點相悖。該發(fā)現(xiàn)也印證了暗能量光譜儀（DESI）去年得出的結(jié)論：暗能量正在減弱。

這項研究不僅可能徹底改變我們對當(dāng)今宇宙的認(rèn)知，還可能為宇宙終結(jié)的方式提供線索。如果暗能量已經(jīng)在與引力的對抗中敗下陣來，那么在宇宙膨脹速率放緩之后，空間收縮或許將成為下一階段的演化方向——這預(yù)示著宇宙終將以“大崩縮”的結(jié)局收場，如同大爆炸的逆向重演。

此外，這項發(fā)現(xiàn)的研究人員已將其譽為可能改變我們對宇宙本質(zhì)認(rèn)知的范式轉(zhuǎn)變。“我們的研究表明，宇宙在當(dāng)前時代已進(jìn)入膨脹減速階段，且暗能量隨時間演化的速度遠(yuǎn)超此前認(rèn)知，”韓國延世大學(xué)研究團隊負(fù)責(zé)人李英旭在聲明中表示。“若這些結(jié)果得到證實，這將是自27年前發(fā)現(xiàn)暗能量以來宇宙學(xué)領(lǐng)域的一次重大范式轉(zhuǎn)變。”

暗能量的演化

暗能量的存在最早于1998年被提出，當(dāng)時兩支獨立的天文學(xué)家團隊觀測到遙遠(yuǎn)的Ia型超新星——因其恒定的光輸出可用于測量宇宙距離，故也被稱為“標(biāo)準(zhǔn)燭光”。觀測結(jié)果顯示，星系距離我們越遠(yuǎn)，其遠(yuǎn)離速度就越快。這一發(fā)現(xiàn)使兩支團隊意識到宇宙膨脹速度正在加快，他們因此于2011年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。為解釋這種加速膨脹現(xiàn)象，科學(xué)家引入了暗能量這一暫定性力量。

在隨后的三十年間，盡管科學(xué)家未能最終確定暗能量的本質(zhì)，但他們發(fā)現(xiàn)這種力量占據(jù)主導(dǎo)地位，約占宇宙總能量-物質(zhì)預(yù)算的68%。研究人員還發(fā)現(xiàn)暗能量并非始終占據(jù)主導(dǎo)地位，它似乎在約50億年前，即大爆炸后約90億年，開始主宰宇宙，并加速宇宙膨脹進(jìn)程。

2024年春季，DESI項目首批研究成果首次揭示暗能量可能并不如先前認(rèn)為的那般主導(dǎo)宇宙。延世大學(xué)的李教授及其團隊發(fā)現(xiàn)Ia型超新星或許并非完全標(biāo)準(zhǔn)，這一發(fā)現(xiàn)為暗能量理論打開了新缺口——因為這些爆炸事件的母星年齡可能對其亮度產(chǎn)生顯著影響。事實上，該團隊發(fā)現(xiàn)即使對Ia型超新星的光度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，年輕恒星群體中的Ia型超新星亮度仍明顯弱于年老恒星群體中的同類天體。

美國宇航局/歐洲航天局哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的超新星SN UDS10Wil影像，該超新星在100多億年前爆發(fā)——這是迄今觀測到的最遙遠(yuǎn)的Ia型超新星。（圖片來源：美國宇航局、歐洲航天局及Z. Levay（太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所））

通過300個星系的觀測樣本，研究指出，存在99.99%的顯著性概率表明：遙遠(yuǎn)Ia型超新星的變暗不僅可能源于宇宙膨脹等宇宙學(xué)效應(yīng)，還可能由恒星效應(yīng)引發(fā)。在修正觀測偏差后，研究團隊發(fā)他們的結(jié)果排除了當(dāng)前主流的宇宙演化模型——即宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型（Lambda冷暗物質(zhì)模型，LCDM）及其暗能量理論框架。

然而，這項研究得出的主要結(jié)論是：宇宙并非以加速狀態(tài)膨脹，而是已經(jīng)過渡

到減速膨脹的狀態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)甚至比DESI暗物質(zhì)探測器暗示暗能量正在減弱的跡象更為深入。

在DESI項目中，通過將未經(jīng)校正的超新星數(shù)據(jù)與重子聲波振蕩測量結(jié)果相結(jié)合，獲得了關(guān)鍵結(jié)論：盡管宇宙未來將進(jìn)入減速階段，但當(dāng)前仍在加速膨脹，“李解釋道，”而我們的分析——應(yīng)用了年齡偏差校正——則表明宇宙如今已進(jìn)入減速階段。"

該團隊下一步將通過開展“無演化測試”來驗證這些結(jié)果，該測試僅使用來自不同距離年輕星系中的年輕Ia型超新星。位于智利帕喬山頂?shù)木S拉·魯賓天文臺剛剛啟用全球最大的數(shù)碼相機開始觀測宇宙，它將在這項研究中發(fā)揮重要作用。

“未來五年內(nèi)，隨著維拉·魯賓天文臺探索超過2萬個新超新星宿主星系，精確的年齡測量將使我們能夠?qū)Τ滦怯钪鎸W(xué)進(jìn)行更可靠、更確鑿的檢驗，”團隊成員、延世大學(xué)研究員鄭哲表示。

該團隊的研究成果于11月5日發(fā)表在《皇家天文學(xué)會月報》期刊上。

責(zé)任編輯：楊伯順

牧夫新媒體編輯部

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DESI繪制了迄今為止最大的宇宙三維地圖。地球位于這張地圖的中心。在放大的部分，很容易看到我們宇宙中物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)。（圖片來源：Claire Lamman/DESI合作；cmastero定制色圖包）

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