冷得让人不安

暗能量使我们的银河系邻域感到寒冷

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当你第一次接触暗能量时,它似乎非常迷人。作为一个迷人的陌生人,粒子物理学标准模型的局外人,它在十年前进入了天文学家的生活,并通过解决各种问题赢得了他们的心,例如宇宙年龄的差异和宇宙物质的普查。宇宙膨胀重新焕发活力:曾经被认为正在减速,但实际上正在加速。但天文学家已经开始意识到暗能量具有阴暗面。其排斥引力的寒冷控制正在扼杀大型宇宙结构的形成。现在观测者看到它在我们的银河系附近徘徊。“你不需要走那么远去寻找暗能量,”苏黎世大学的安德烈亚·马乔说。“暗能量也在我们周围。”

直到最近,那些寻求宇宙异域物质——暗物质以及暗能量——的人们都专注于非常大的尺度(星系团及以上)和相对较小的尺度(单个星系)。但介于两者之间的是一个研究不足的宇宙中间尺度。银河系是星系本星系群的一部分,而本星系群又是本星系团的一部分,半径约为 3000 万光年。我们和我们这群星系正以每秒 600 公里的速度集体飞奔,被室女座星系团和其他外部质量所吸引。然而,追踪星系团内的相对运动是很困难的;它需要高精度的距离和速度测量。加利福尼亚州帕萨迪纳市卡内基天文台的艾伦·R·桑德奇和 1970 年代其他人的早期努力,近年来得到证实,暗示物质的移动异常缓慢——平均而言,大约在每秒 75 公里左右。模拟预测,星系在引力作用下聚集在一起,应该以接近每秒 500 公里的速度呼啸而过。通过类比于缓慢移动分子的气体,本星系团是“冷的”。

思考这个问题的另一种方式是从宇宙膨胀的角度来看。理论预测,你必须延伸到数亿光年之外,在那里物质是随机分布而不是精细结构的,整体膨胀才会超过局部运动。然而在本星系团中,你只需要延伸到大约五百万光年。


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俄罗斯科学院的伊戈尔·卡拉琴采夫提出的一个解释是,星系及其各自的暗物质茧在暗物质海洋中游动。海洋会减弱密度对比,从而减弱驱动星系运动的引力。唯一的问题是,物质,无论是暗物质还是可见物质,都不应该扩散到海洋中。它应该凝结成团。因此,其他人将目光投向了暗能量。它的引力排斥会抵消星系的引力吸引,从而削弱它们的运动。在银河系内部和附近,吸引力占上风,但在超过一定距离的地方,排斥力占上风。正如莫斯科大学的亚瑟·切尔宁和他的同事在 2000 年计算的那样,这个距离是五百万光年——这正是星系运动偏离标准预测的地方。

最初的计算实际上只将星系速度减半,这还不够。但马乔小组新的全面模拟表明,暗能量最终还是起作用的。“如果且仅当你包含暗能量时,才会有一个非常好的吻合,”马乔说。“这就是为什么我们声明我们已经找到了暗能量的特征。”并非所有人都同意。1999 年,荷兰格罗宁根大学的里恩·范·德·韦加特和耶路撒冷希伯来大学的耶胡达·霍夫曼认为,本星系团陷入了周围星系团之间的宇宙拔河比赛中。这也将拉开星系之间的距离,抵消它们自身的引力。

为了确定这种机制或暗能量哪个更重要,天文学家必须将本星系团与类似区域进行比较。如果那些没有陷入拔河比赛的星系表现相似,那么一定是暗能量在作祟。不幸的是,各团队对“类似”的含义存在分歧,因此争论仍在继续。如果马乔的模型被证明是正确的,那么曾经被认为是科学界最“遥远”的想法,一个与现实无关的空灵抽象概念的暗能量,将会更贴近地球。

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