科學家表示，暗能量這種推動宇宙加速膨脹的神秘力量實際上可能並不存在。他們的研究對現代宇宙學的基石之一提出了質疑。
2024 年 12 月 19 日發表在期刊上的一項新研究英國皇家天文學會每月通知，研究人員分析了 Pantheon+ 巡天數據——Ia 型超新星最全面的數據集，其一致的亮度使天文學家能夠以令人難以置信的精度測量整個宇宙的距離。他們的分析表明，我們所感知的加速可能是宇宙大尺度結構造成的幻覺。
用 Ia 型超新星研究宇宙
Ia型超新星，即白矮星的爆炸性死亡，長期以來一直是宇宙學最強大的工具之一。當白矮星從伴星中吸積足夠的物質以引發熱核爆炸時，這些恆星事件就會發生。由於 1a 型超新星會產生一致的峰值亮度，因此從地球觀測時測量它們的亮度可以揭示它們的距離。
研究合著者表示：“Ia 型超新星在天文學中非常有價值，因為它們就像標準化的蠟燭，我們可以用它們來測量宇宙中的廣闊距離。”扎卡里·萊恩新西蘭坎特伯雷大學的一名研究人員在電子郵件中告訴《Live Science》。
通過將這些距離信息與超新星的紅移（由於宇宙膨脹而將光拉伸到更紅的波長）結合起來，科學家們繪製出了宇宙隨時間的增長圖。幾十年前，研究人員使用這種方法證明宇宙正在加速膨脹，這一發現引發了以下假設：——一種神秘的、看不見的力量，被認為會滲透到太空中並驅動這種加速。
萬神殿+數據集
Pantheon+ 數據集是迄今為止最廣泛、最精確的 Ia 型超新星集合。它跨越了地面和太空望遠鏡數十年的觀測，包含跨越時空的 1,500 顆超新星的數據。
萊恩說：“在進行這項研究時，Pantheon+ Ia 型超新星光譜數據集是最大、最原始的純 Ia 型超新星集合。”
該數據集的精度和大小使其成為測試宇宙學模型的金礦。它對亮度和紅移的詳細記錄為宇宙如何演化提供了無與倫比的見解，為標準宇宙學模型的替代理論提供了關鍵的試驗場。
挑戰暗能量
雖然暗能量的概念解釋了觀測到的宇宙加速的大部分現象，但它始終帶著神秘的氣息。暗能量從未被直接探測到，其起源也沒有從理論上得到解釋，促使一些科學家探索其他解釋。
這項新研究針對的是標準模型的一個關鍵假設：宇宙在大尺度上是均勻且各向同性的，這意味著它在每個方向和每個有利位置看起來都是一樣的。
這一假設支持了用暗能量來解釋宇宙膨脹的必要性。然而，萊恩和他的同事測試了另一種稱為時間景觀模型的想法，該模型表明，明顯的加速可能是宇宙結構的副產品，例如星系團之間巨大的、近乎空白的空間區域。
萊恩說：“宇宙學的標準模型建立在這樣的假設之上，即宇宙在大尺度上是均勻且無特徵的，並且宇宙結構不會顯著影響宇宙的演化。” “Timescape 放棄了這些假設，發現宇宙的明顯加速是宇宙結構之間反饋的結果。”
由於其稀疏的物質和重力，空洞的膨脹速度比宇宙中較稠密的部分（例如星系團）膨脹得更快。根據時間景觀模型，這些空洞在宇宙景觀中的主導地位可以解釋觀測到的加速度，而不需要暗能量。
支持時間景觀的證據
該團隊分析了 Pantheon+ 數據集，發現他們的結果與時間景觀模型非常吻合，在某些情況下甚至優於標準宇宙學模型。
“當考慮每一顆超新星時，包括那些在宇宙中離我們非常近的超新星萊恩說：“這可能會受到局部結構的影響，我們發現非常傾向於時間景觀模型。”當排除附近宇宙中的超新星以解釋局部差異時，證據仍然是支持性的，與（的）。
這些結果對暗能量的必要性提出了直接挑戰。萊恩說：“使用歷史上最重要的觀測方法之一，不斷地為沒有暗能量的宇宙學模型找到中等或更強的證據，對於宇宙學的未來來說是一個令人興奮的前景。”
前方的路
儘管研究結果令人信服，但萊恩強調，還需要進一步的研究來鞏固時間景觀的案例。他說：“雖然需要考慮其他因素才能在宇宙學界內更加確立這一點，但它被證明是一個有希望的初步測試。”
未來，該團隊計劃將 Pantheon+ 數據集與暗能量巡天和重子聲振蕩的數據結合起來——星系的分佈模式可以用作另一個宇宙統治者。天文學家還在模擬空洞如何在以下框架下擴展：並探索這些效應如何應用於星系的形成和演化。
萊恩說：“我們的研究小組正在探索對當前工作的幾種擴展，旨在挑戰宇宙學的基礎方面。” “一個強大的競爭框架仍將增強宇宙學的未來以及我們目前對該領域面臨的挑戰的理解。”
