剑桥研究人员发现了测量暗能量的新方法

研究人员发现了一种通过检测银河系和仙女座星系之间的运动来探测和测量暗能量的方法。这项技术仍处于早期阶段，可以估计宇宙常数的上限，这是一个简单的暗能量模型，比早期宇宙确定的值高5倍。

剑桥大学的研究人员在我们自己的宇宙后院发现了一种测量暗能量的新方法。暗能量是一种神秘的力量，它构成了宇宙的三分之二以上，并导致了宇宙的加速膨胀。

研究人员发现，通过研究仙女座星系来探测和测量暗能量是可能的，仙女座星系是我们银河系的邻居，正在与银河系进行缓慢的碰撞。

自上世纪90年代末首次发现暗能量以来，科学家们一直在使用非常遥远的星系来研究暗能量，但尚未直接探测到它。然而，剑桥大学的研究人员发现，通过研究仙女座星系和银河系如何在给定它们的集体质量的情况下相互移动，他们可以为宇宙常数的值设定一个上限，这是暗能量的最简单模型。他们发现的上限是早期宇宙中可以探测到的宇宙常数值的五倍。

尽管这项技术仍处于发展初期，但研究人员表示，通过研究我们自己的宇宙邻居，有可能探测到暗能量。研究结果发表在《天体物理学杂志通讯》上。

在我们的世界和天空中，我们所能看到的一切——从微小的昆虫到巨大的星系——只占可观测宇宙的5%。其余部分是黑暗的:科学家们认为，宇宙中约有27%是由暗物质组成的，暗物质将物体聚集在一起，而68%是由暗能量组成的，暗能量将物体分开。

该研究的第一作者、应用数学和理论物理系的大卫·贝尼斯蒂博士说:“暗能量是一系列模型的总称，你可以把它们添加到爱因斯坦的引力理论中。”“最简单的版本被称为宇宙常数:一个恒定的能量密度，使星系彼此远离。”

宇宙常数是爱因斯坦在他的广义相对论中临时添加的。从20世纪30年代到90年代，宇宙常数被设定为零，直到人们发现一种未知的力量——暗能量——导致了宇宙的加速膨胀。然而，暗能量至少有两个大问题:我们不知道它到底是什么，我们也没有直接探测到它。

自从暗能量首次被发现以来，天文学家已经开发了各种各样的方法来探测暗能量，其中大多数涉及研究早期宇宙中的物体，并测量它们远离我们的速度。解开数十亿年前暗能量的影响并不容易:因为它是星系之间的一种弱力，所以暗能量很容易被星系内部强大得多的力量所克服。

然而，宇宙中有一个区域对暗能量出奇地敏感，它就在我们自己的宇宙后院。仙女座星系离我们的银河系最近，这两个星系正处于碰撞的轨道上。随着它们越来越近，这两个星系将开始彼此绕轨道运行——非常缓慢。一个轨道需要200亿年。然而，由于巨大的引力，在一个轨道完成之前，大约50亿年后，两个星系将开始合并并相互碰撞。

“仙女座星系是唯一没有远离我们的星系，所以通过研究它的质量和运动，我们可能能够确定一些关于宇宙常数和暗能量的信息，”贝尼斯蒂说，他也是皇后学院的研究助理。

Benisty和他的合著者——DAMTP的Anne Davis教授和天文学研究所的Wyn Evans教授——基于对两个星系质量的最佳估计进行了一系列模拟，发现暗能量正在影响仙女座星系和银河系的相互轨道。

“暗能量影响每一对星系:引力想把星系拉到一起，而暗能量把它们分开，”Benisty说。“在我们的模型中，如果我们改变宇宙常数的值，我们可以看到这如何改变两个星系的轨道。根据它们的质量，我们可以给宇宙常数设定一个上限，这个上限大约是我们从宇宙其他部分测量到的上限的五倍。”

研究人员说，虽然这项技术可能被证明是非常有价值的，但它还不能直接探测到暗能量。来自詹姆斯·韦伯望远镜(JWST)的数据将提供仙女座质量和运动的更精确的测量，这将有助于降低宇宙常数的上限。

此外，通过研究其他星系对，有可能进一步完善这项技术，并确定暗能量如何影响我们的宇宙。“暗能量是宇宙学中最大的谜题之一，”Benisty说。“它的影响可能会随着距离和时间而变化，但我们希望这项技术能帮助解开这个谜团。”

参考文献:David Benisty, Anne-Christine Davis和N. Wyn Evans撰写的“从局部群体动力学中约束暗能量”，2023年8月8日，《天体物理学报快报》。2041 - 8213 . DOI: 10.3847 / / ace90b

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