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由于頗為出乎意料,超新星的結(jié)果受到不少質(zhì)疑。
I型超新星的極大光度彌散較大,在B波段(中心波長(zhǎng)445)時(shí)。約為0。4星等,即有約40%的不確定性,并不是很理想的標(biāo)準(zhǔn)燭光。
I型天文學(xué)家研究了9個(gè)超新星的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)I型超新星的極大光度與其光度衰減率有很強(qiáng)的相關(guān)性,按此修正之后,極大光度的彌散才能減小到0。15星等左右,成為實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)化燭光。
雖然如此,但是因?yàn)檫@個(gè)結(jié)論僅僅是從較小的樣本上得出的,且缺乏很好的理論解釋,人們對(duì)這個(gè)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系的誤差及其普適性存有疑慮。
雖然如1998年和1999年I型超新星的結(jié)果中,用于擬合彼此之間關(guān)系的訓(xùn)練集樣本超新星已接近30個(gè),數(shù)據(jù)質(zhì)量有明顯的改善,菲利普斯關(guān)系的統(tǒng)計(jì)誤差也已計(jì)算在內(nèi),且其中一個(gè)小組使用了不同的方法,即通過整體擬合I型超新星多波段數(shù)據(jù)來修正極大光度,從而獲得距離信息,并得出與另一組一致的宇宙加速膨脹的結(jié)論。
I型超新星的屬性(如光譜、極大光度、費(fèi)利佩關(guān)系等)有可能隨紅移演化,造成與宇宙學(xué)距離隨紅移變化關(guān)系的混淆。
已有的觀測(cè)表明,就總體而言,近鄰I型超新星的光譜與中(高)紅移I型超新星的光譜及它們隨超新星爆發(fā)過程的變化吻合得很好。
雖然最近發(fā)現(xiàn)在紫外波段(靜止坐標(biāo)系)中等紅移I型超新星比近鄰I型超新星略亮些,但1998年和1999年I型超新星的結(jié)果是基于更長(zhǎng)波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)(靜止坐標(biāo)系),所以不受影響。而且這個(gè)紫外波段的差異使得中(高)紅移超新星的距離被低估,若不加修正,只會(huì)削弱暗能量的證據(jù)。
另一種可能性是在不同紅移處,不同亞類的I型超新星的比例會(huì)有所不同。造成I型超新星整體屬性的細(xì)微演化,例如上述紫外波段的差異就有可能受此影響,但目前沒有證據(jù)表明,這個(gè)問題嚴(yán)重地影響了I型超新星的結(jié)果。
當(dāng)然,現(xiàn)有數(shù)據(jù)還不充足。一些微小的演化有可能被統(tǒng)計(jì)誤差掩蓋。對(duì)將來的大型項(xiàng)目來說,這些系統(tǒng)的誤差將會(huì)變得很重要。
事實(shí)上,為了探測(cè)暗物質(zhì)而發(fā)射的衛(wèi)星探測(cè)器為暗能量的存在提供了很重要的證據(jù)。
首先,通過這些大型太空望遠(yuǎn)鏡,科學(xué)家們得以精確地測(cè)量了微波背景光子最后散射面的角直徑距離,這個(gè)距離可以直接限制暗能量屬性,也是宇宙微波輻射背景對(duì)暗能量限制的最主要的來源。
其次,它對(duì)物質(zhì)密度、重子密度等重要的宇宙學(xué)參數(shù)也給出了很強(qiáng)的限制,大大減小了其他觀測(cè)手段探測(cè)暗能量時(shí)受這些參數(shù)不確定性的影響宇宙平均曲率和宇宙學(xué)常數(shù)對(duì)微波背景數(shù)據(jù)有很強(qiáng)的簡(jiǎn)并性,但只需將微波背景與哈勃常數(shù)結(jié)合。即可很好地限制宇宙平均曲率和宇宙學(xué)常數(shù)。
若結(jié)合更多的數(shù)據(jù),則可以限制暗能量的狀態(tài)方程。
宇宙大尺度結(jié)構(gòu)對(duì)暗能量的限制主要有兩個(gè)途徑。
一個(gè)是類似于宇宙微波輻射背景,星系兩點(diǎn)關(guān)聯(lián)函數(shù)(或功率譜)的總體形狀可以用來測(cè)量宇宙學(xué)參數(shù),如物質(zhì)密度,然后結(jié)合其他數(shù)據(jù),可以限制暗能量;另一個(gè)是星系關(guān)聯(lián)函數(shù)在約(500萬光年)尺度上的重子聲波振蕩特征,在線
性理論下不隨時(shí)間演化,所以可以當(dāng)作一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺來測(cè)量不同紅移處的角直徑距離,進(jìn)而限制暗能量。
如果有精確的紅移信息,還可以通過測(cè)量不同紅移處的哈勃參數(shù)及大尺度結(jié)構(gòu)增長(zhǎng)率來限制暗能量和檢驗(yàn)引力理論。
而在以計(jì)算機(jī)模擬宇宙模型的時(shí)候。科學(xué)家們很明顯的就可以發(fā)現(xiàn)在很大尺度結(jié)構(gòu)的線性演化剛好與宇宙的膨脹同步,而非線性演化又非常弱,使得引力勢(shì)在宇宙尺度上幾乎不隨時(shí)間演化,但在一個(gè)加速膨脹的宇宙里。引力勢(shì)在大尺度上是衰減的。
因此多數(shù)的天文學(xué)家在通過分析宇宙微波輻射背景與星系分布的關(guān)聯(lián),發(fā)現(xiàn)星系密度的漲落與微波背景的溫度漲落的確有正相關(guān)性,這為宇宙加速膨脹提供了重要的證據(jù)。
上述觀測(cè)結(jié)果對(duì)距離、大尺度結(jié)構(gòu)增長(zhǎng)和宇宙學(xué)參數(shù)都有不同的敏感度,都有各自的系統(tǒng)誤差。
雖然對(duì)每一項(xiàng)結(jié)果都有可能找到一些不需要宇宙加速膨脹或暗能量的解釋,但是在現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)框架內(nèi),將這些獨(dú)立的觀測(cè)綜合起來。以很高的精度揭示了一個(gè)低物質(zhì)密度的平坦宇宙,要構(gòu)成這樣的宇宙,一個(gè)被稱為暗能量的宇宙新組分是必不可少的。
所以可以公平地說,雖然宇宙加速膨脹現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)已有十余年了,人們也進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和理論研究,但是暗能量的本質(zhì)仍然是霧里看花,朦朦朧朧,仍然是本世紀(jì)現(xiàn)代物理學(xué)和宇宙學(xué)的最大迷惑和挑戰(zhàn)之一。
如果能夠解析它,或許人類也將會(huì)如同相對(duì)論和量子力學(xué)創(chuàng)建之后那樣,迎來一個(gè)嶄新的時(shí)代吧。(未完待續(xù)。)