當你第一次接觸暗能量時,它似乎非常迷人。作為一個迷人的陌生人,粒子物理學標準模型的局外人,它在十年前進入了天文學家的生活,並透過解決各種問題贏得了他們的心,例如宇宙年齡的差異和宇宙物質的普查。宇宙膨脹重新煥發活力:曾經被認為正在減速,但實際上正在加速。但天文學家已經開始意識到暗能量具有陰暗面。其排斥引力的寒冷控制正在扼殺大型宇宙結構的形成。現在觀測者看到它在我們的銀河系附近徘徊。“你不需要走那麼遠去尋找暗能量,”蘇黎世大學的安德烈亞·馬喬說。“暗能量也在我們周圍。”
直到最近,那些尋求宇宙異域物質——暗物質以及暗能量——的人們都專注於非常大的尺度(星系團及以上)和相對較小的尺度(單個星系)。但介於兩者之間的是一個研究不足的宇宙中間尺度。銀河系是星系本星系群的一部分,而本星系群又是本星系團的一部分,半徑約為 3000 萬光年。我們和我們這群星系正以每秒 600 公里的速度集體飛奔,被室女座星系團和其他外部質量所吸引。然而,追蹤星系團內的相對運動是很困難的;它需要高精度的距離和速度測量。加利福尼亞州帕薩迪納市卡內基天文臺的艾倫·R·桑德奇和 1970 年代其他人的早期努力,近年來得到證實,暗示物質的移動異常緩慢——平均而言,大約在每秒 75 公里左右。模擬預測,星系在引力作用下聚集在一起,應該以接近每秒 500 公里的速度呼嘯而過。透過類比於緩慢移動分子的氣體,本星系團是“冷的”。
思考這個問題的另一種方式是從宇宙膨脹的角度來看。理論預測,你必須延伸到數億光年之外,在那裡物質是隨機分佈而不是精細結構的,整體膨脹才會超過區域性運動。然而在本星系團中,你只需要延伸到大約五百萬光年。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
俄羅斯科學院的伊戈爾·卡拉琴採夫提出的一個解釋是,星系及其各自的暗物質繭在暗物質海洋中游動。海洋會減弱密度對比,從而減弱驅動星系運動的引力。唯一的問題是,物質,無論是暗物質還是可見物質,都不應該擴散到海洋中。它應該凝結成團。因此,其他人將目光投向了暗能量。它的引力排斥會抵消星系的引力吸引,從而削弱它們的運動。在銀河系內部和附近,吸引力佔上風,但在超過一定距離的地方,排斥力佔上風。正如莫斯科大學的亞瑟·切爾寧和他的同事在 2000 年計算的那樣,這個距離是五百萬光年——這正是星系運動偏離標準預測的地方。
最初的計算實際上只將星系速度減半,這還不夠。但馬喬小組新的全面模擬表明,暗能量最終還是起作用的。“如果且僅當你包含暗能量時,才會有一個非常好的吻合,”馬喬說。“這就是為什麼我們宣告我們已經找到了暗能量的特徵。”並非所有人都同意。1999 年,荷蘭格羅寧根大學的裡恩·範·德·韋加特和耶路撒冷希伯來大學的耶胡達·霍夫曼認為,本星系團陷入了周圍星系團之間的宇宙拔河比賽中。這也將拉開星系之間的距離,抵消它們自身的引力。
為了確定這種機制或暗能量哪個更重要,天文學家必須將本星系團與類似區域進行比較。如果那些沒有陷入拔河比賽的星系表現相似,那麼一定是暗能量在作祟。不幸的是,各團隊對“類似”的含義存在分歧,因此爭論仍在繼續。如果馬喬的模型被證明是正確的,那麼曾經被認為是科學界最“遙遠”的想法,一個與現實無關的空靈抽象概念的暗能量,將會更貼近地球。