科学家表示，暗能量这种推动宇宙加速膨胀的神秘力量实际上可能并不存在。他们的研究对现代宇宙学的基石之一提出了质疑。
2024 年 12 月 19 日发表在期刊上的一项新研究英国皇家天文学会每月通知，研究人员分析了 Pantheon+ 巡天数据——Ia 型超新星最全面的数据集，其一致的亮度使天文学家能够以令人难以置信的精度测量整个宇宙的距离。他们的分析表明，我们所感知的加速可能是宇宙大尺度结构造成的幻觉。
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，长期以来一直是宇宙学最强大的工具之一。当白矮星从伴星中吸积足够的物质以引发热核爆炸时，这些恒星事件就会发生。由于 1a 型超新星会产生一致的峰值亮度，因此从地球观测时测量它们的亮度可以揭示它们的距离。
研究合著者表示：“Ia 型超新星在天文学中非常有价值，因为它们就像标准化的蜡烛，我们可以用它们来测量宇宙中的广阔距离。”扎卡里·莱恩新西兰坎特伯雷大学的一名研究人员在电子邮件中告诉《Live Science》。
通过将这些距离信息与超新星的红移（由于宇宙膨胀而将光拉伸到更红的波长）结合起来，科学家们绘制出了宇宙随时间的增长图。几十年前，研究人员使用这种方法证明宇宙正在加速膨胀，这一发现引发了以下假设：——一种神秘的、看不见的力量，被认为会渗透到太空中并驱动这种加速。
万神殿+数据集
Pantheon+ 数据集是迄今为止最广泛、最精确的 Ia 型超新星集合。它跨越了地面和太空望远镜数十年的观测，包含跨越时空的 1,500 颗超新星的数据。
莱恩说：“在进行这项研究时，Pantheon+ Ia 型超新星光谱数据集是最大、最原始的纯 Ia 型超新星集合。”
该数据集的精度和大小使其成为测试宇宙学模型的金矿。它对亮度和红移的详细记录为宇宙如何演化提供了无与伦比的见解，为标准宇宙学模型的替代理论提供了关键的试验场。
挑战暗能量
虽然暗能量的概念解释了观测到的宇宙加速的大部分现象，但它始终带着神秘的气息。暗能量从未被直接探测到，其起源也没有从理论上得到解释，促使一些科学家探索其他解释。
这项新研究针对的是标准模型的一个关键假设：宇宙在大尺度上是均匀且各向同性的，这意味着它在每个方向和每个有利位置看起来都是一样的。
这一假设支持了用暗能量来解释宇宙膨胀的必要性。然而，莱恩和他的同事测试了另一种称为时间景观模型的想法，该模型表明，明显的加速可能是宇宙结构的副产品，例如星系团之间巨大的、近乎空白的空间区域。
莱恩说：“宇宙学的标准模型建立在这样的假设之上，即宇宙在大尺度上是均匀且无特征的，并且宇宙结构不会显着影响宇宙的演化。” “Timescape 放弃了这些假设，发现宇宙的明显加速是宇宙结构之间反馈的结果。”
由于其稀疏的物质和重力，空洞的膨胀速度比宇宙中较稠密的部分（例如星系团）膨胀得更快。根据时间景观模型，这些空洞在宇宙景观中的主导地位可以解释观测到的加速度，而不需要暗能量。
支持时间景观的证据
该团队分析了 Pantheon+ 数据集，发现他们的结果与时间景观模型非常吻合，在某些情况下甚至优于标准宇宙学模型。
“当考虑每一颗超新星时，包括那些在宇宙中离我们非常近的超新星莱恩说：“这可能会受到局部结构的影响，我们发现非常倾向于时间景观模型。”当排除附近宇宙中的超新星以解释局部差异时，证据仍然是支持性的，与（的）。
这些结果对暗能量的必要性提出了直接挑战。莱恩说：“使用历史上最重要的观测方法之一，不断地为没有暗能量的宇宙学模型找到中等或更强的证据，对于宇宙学的未来来说是一个令人兴奋的前景。”
前方的路
尽管研究结果令人信服，但莱恩强调，还需要进一步的研究来巩固时间景观的案例。他说：“虽然需要考虑其他因素才能在宇宙学界内更加确立这一点，但它被证明是一个有希望的初步测试。”
未来，该团队计划将 Pantheon+ 数据集与暗能量巡天和重子声振荡的数据结合起来——星系的分布模式可以用作另一个宇宙统治者。天文学家还在模拟空洞如何在以下框架下扩展：并探索这些效应如何应用于星系的形成和演化。
莱恩说：“我们的研究小组正在探索对当前工作的几种扩展，旨在挑战宇宙学的基础方面。” “一个强大的竞争框架仍将增强宇宙学的未来以及我们目前对该领域面临的挑战的理解。”
