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破纪录的万神殿+超新星研究揭示了我们宇宙的构成( 三 )

月球 科学家 月亮 月壤


但是 ， 如果你将大爆炸的剩余辉光 ， 即普朗克的宇宙微波背景数据折叠起来 ， 你会得到标记为“万神殿+和普朗克”的等高线 ， 其峰值约为 67 km/s/Mpc ， 再次±1 km/s/Mpc 左右的小不确定性 。
请注意 ， 对于上面所有不在条目第一列中的图表 ， 所有数据集之间存在令人难以置信的相互一致性 。 但是对于第一列 ， 我们有两组不同的信息 ， 它们都是自洽的 ， 但彼此不一致 。
尽管目前正在对这一难题的性质进行大量研究 ， 其中一种潜在的解决方案看起来特别有吸引力 ， 但这项研究有力地证明了这种差异的有效性 ， 以及这两个数据集彼此不一致的重要性 。

正如最新论文中详述的那样 ， 与哈勃张力的重要性相比 ， 可归因于 Ia 型超新星测量的各种不确定性来源相对微不足道 ， 并且不到与宇宙距离阶梯相关的总误差的 1/3测量 。 “哈勃张力”不是测量误差 。
这种差异可能是由于某种测量误差造成的吗？不 。
能够明确地说 ， 这是一件了不起的事情：不 ， 这种差异不能仅仅归咎于我们如何测量这些东西的一些错误 。
这不可能是由于对最近超新星附近距离的错误校准造成的 。
这不可能是由于用于校准与附近宿主星系距离的恒星的重元素比率 。
这不可能是由于超新星绝对规模的变化 。
这不可能是由于造父变星的周期-光度关系的不确定性 。
或者来自造父变星的颜色 。
或者由于爆炸的白矮星的演化 。
或者是由于发现这些超新星的环境的演变 。
或测量中的系统误差 。
事实上 ， 可以说 ， Pantheon+ 团队所做的所有“繁重工作”中最令人印象深刻的是查看数据时存在的非常微小的错误和不确定性 。 上图显示 ， 对于任何特定的误差源 ， 您可以将今天的哈勃常数 H 0的值更改不超过 0.1 到 0.2 km/s/Mpc 。 同时 ， 测量膨胀宇宙的竞争方法之间的差异约为 6.0 公里/秒/Mpc ， 相比之下 ， 这是惊人的大 。
换句话说：不 。 这种差异是真实的 ， 而不是一些尚未确定的错误 ， 我们可以非常自信地这么说 。 发生了一些奇怪的事情 ， 我们需要弄清楚是什么 。

Pantheon+ 分析的最新约束 ， 涉及 1550 颗 Ia 型超新星 ， 完全符合暗能量只不过是一个“普通”宇宙学常数 。 没有证据支持它在时间或空间上的演变 。
暗能量的本质是什么？
这是测量来自整个宇宙的物体的光的另一件事：在不同的距离和不同的红移处 。 你必须记住 ， 每当一个遥远的宇宙物体发出光时 ， 光必须一直穿过宇宙——而空间本身的结构会膨胀——从光源到观察者 。 你看的越远 ， 光的传播时间就越长 ， 这意味着更多的宇宙膨胀历史被编码在你观察到的光中 。
我们可以选择对暗能量做出两个假设：
要么它在任何地方、任何时间、任何地点都具有相同的属性 ，
或者我们可以让这些属性发生变化 ， 包括改变暗能量的强度 。
在上面的两张图中 ， 左边的图表显示了假设第一个选项我们学到了什么 ， 而右边的图表显示了假设第二个选项我们学到了什么 。 正如你所清楚地看到的 ， 尽管右侧的不确定性很大（左侧的不确定性较小） ， 但一切都与暗能量最无聊的解释完全一致：它只是一个无处不在的宇宙常数 。 （也就是说 ， w = -1.0 ， 恰好 ， 而 w a仅出现在第二张图中 ， 正好等于 0 。 ）暗能量是乏味的 ， 而这其中最全面的超新星数据并没有表明其他方面 。

宇宙的不同可能命运 ， 以及我们实际的、加速的命运如右图所示 。 经过足够长的时间后 ， 加速将使每个被束缚的星系或超星系结构在宇宙中完全孤立 ， 因为所有其他结构都不可逆转地加速离开 。 我们只能通过回顾过去来推断暗能量的存在和属性 ， 这至少需要一个常数 ， 但它对未来的影响更大 。
那替代品呢？
各种科学家提出了许多对数据的“替代解释” ， 作为对主流解释的挑战 。
一些人断言 ， 也许宇宙有很大的曲率 ， 但这需要比 Pantheon+ 允许的更低的哈勃常数 ， 因此完全排除了这种可能性 。
其他人断言 ， 哈勃张力只是数据校准不佳的产物 ， 但 Pantheon+ 在此提供的稳健分析彻底表明这是错误的 。
还有一些人假设暗物质本身具有与物质速度的某种力量成比例的力 ， 并且会随着时间而变化 ， 从而消除了对暗能量的需求 。 但万神殿+数据集的广泛范围将我们推回到宇宙不到其当前年龄的四分之一时 ， 排除了这一点 。

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