有史以来最大的地图将揭示宇宙的历史

120万个星系
A map of the universe
有史以来最大的地图 Daniel Eisenstein 和 SDSS-III

您看到的这张图是整个宇宙的一个切片,一个由数十亿光年外的星系组成的网络。您看到的也是过去,因为您看得越远,光线到达您眼睛所需的时间就越长。当您意识到这些点中的每一个都横跨数十万光年时,这一切看起来都小多了。

据布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Lab)的新闻稿称,一个由数百名科学家组成的合作项目发布了“有史以来最大、最远距离的三维星系地图”,包含超过120万个点,这是重子声学振荡光谱巡天(BOSS)项目的一部分,使用了新墨西哥州的一台望远镜。这张地图并非为漫游者准备;科学家们正试图理解宇宙的一些未解之谜,比如暗物质和暗能量是什么。要理解这些,需要一张比科学家们之前绘制的任何地图都更大、看得更远的idimensional图。

“问题是,如果您获取天空中最明亮星系的数据,它们恰好是附近的星系,”BOSS首席研究员、来自劳伦斯伯克利国家实验室的David Schlegel告诉《大众科学》(Popular Science)。“对于一位宇宙学家来说,那只是一张后院地图。我不需要后院地图。我需要的是宇宙地图。”

Schlegel表示,直到大约五十年前,科学家们对宇宙的理解大致相同。但暗物质和暗能量的发现表明,我们并不真正理解它的大部分,因为它们构成了宇宙物质的95%左右。是的,我们不理解宇宙物质的95%。

这并不是说我们无法测量或探测到暗物质和暗能量。如果您看一下这张地图,您会看到一个星系网络和星系团集中的地方。暗物质仍然受到引力的拉扯,所以星系会沿着暗物质的网络和团块排列。我们也可以探测到暗能量。当我们看向太空时,那些我们本应看到为白色的遥远物体实际上看起来是红色的;它们发生了红移。这是因为它们的光线被拉伸了,因为光线传播的空间本身在膨胀,就像一个体重增加的人身上的纹身被拉伸了一样。

通过测量非常遥远的事物,我们发现宇宙不仅在膨胀,而且其膨胀的速度实际上在加速。这项发现为一群科学家赢得了2011年诺贝尔物理学奖。

在一种宇宙理论中,有一个叫做“宇宙常数”的单一数值,它表明暗能量是一种均匀地渗透宇宙并使其膨胀的物质。一些物理学家曾希望一张更大的地图能够显示宇宙常数在不同地方的值会发生变化,而不是仅仅作为一个普遍的数值,但BOSS结果所涵盖的宇宙范围内,这个单一数值一直保持不变。Schlegel认为,这些结果可能会让理论物理学家们陷入一种“画地为牢”的境地,因为可变数值比单一常数能让他们做更多的事情。

加州理工学院的理论物理学家Mark Wise尚未审阅BOSS的结果,但他同意Schlegel的看法。“如果不是这样,那会更令人兴奋,”他告诉《大众科学》(Popular Science)。

布鲁克海文国家实验室和BOSS宇宙学家Anže Slosar指出,BOSS实验的目的不仅仅是暗能量,他领导着自己“作为科学家和官僚的徒劳存在”(正如一位宇宙学家会那样),根据他的网站。该实验还将帮助精确测定中微子粒子的质量。不久,像位于亚利桑那州基特峰望远镜上更大规模的暗能量光谱仪(DESI)等其他实验将接替BOSS实验的工作。但Slosar最兴奋的是我们在地球上的物理体验与宇宙其余部分是如何紧密相连的。

“从GPS卫星一直到大爆炸后一秒的这一切,都由相同的基本定律支配,这真是令人难以置信,”他说。

 

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