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天文學家說:暗能量真的存在

暗能量(dark energy),是一種神秘的宇宙組成物質,與宇宙膨脹有關。根據樸茨茅斯大學(University of Portsmouth)和慕尼黑大學(University Munich)的天文學家Tommaso Giannantonio等人經歷兩年研究所得,他們認為暗能量存在的可能性高達99.996%。相關論文發表在《皇家天文學會月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)中。

到目前為止,暗能量被提出至今,仍是當今最大的科學謎團之一,所以有許多科學家會質疑它的存在也不奇怪。在過去10年間,天文學家藉由觀測遙遠超新星的光而發現宇宙加速膨脹的現象,因而提出宇宙中約有73%是由具排斥力的暗能量組成,才會讓宇宙加速膨脹。雖然這項假說在2011年得到諾貝爾物理獎的肯定,但實際上暗能量存在與否仍是熱門的爭議話題。

許多其他觀測搜尋技術「確認」暗能量的真實性,但基本上都是間接的由宇宙加速膨脹現象來探索而得,易受到他們觀測方式的不確定性的影響。其中最明顯的證據來自ISW效應( Integrated Sachs Wolfe effect),此名稱來自Rainer Sachs和Arthur Wolfe兩位於1967年提出此效應的科學家之名,他們認為:大霹靂後殘存的熱能所發出的宇宙微波背景輻射(Cosmic Microwave Background,CMB)覆滿整個天空;當來自CMB的光穿透大團物質聚集的重力場時,波長會變短一點而偏藍,即所謂的「重力紅移效應(gravitational redshift)」。

1996年,Robert Crittenden和Neil Turok兩人將Sachs等人的概念延伸,認為天文學家可以藉由比較CMB的溫度分佈圖和鄰近宇宙的星系分佈圖,來尋找光子能量的微小變化。如果沒有暗物質,那麼遙遠的CMB溫度分佈與鄰近的星系分佈便彼此無關;反之,則會導致出現一種奇怪、與直覺相反的效應:CMB光子會在穿越大質量物質的過程獲得額外的能量。

天文學家在2003年首度偵測到ISW效應,並迅及發現暗能量的確切證據。但這個訊息如同預期般微弱,因為CMB溫度和星系分佈圖之間的關連性畢竟沒有很強,因此有些科學家認為ISW效應說不定是其他來源造成的,例如銀河系中的塵埃等。自首篇ISW效應論文刊出後,某些天文學家便開始質疑原始的偵測結果,並認為有些被認為是最強的暗能量證據仍有問題。

在Giannantonio等人的最新論文中,他們重新檢測關於ISW偵測過程中的所有爭議之處,並改善先前相關研究工作所使用的CMB溫度與星系分佈圖等。最後他們得出結論:暗能量有99.996%的機會的確與CMB溫度圖中溫度較高的地方有關。此外,這個研究成果有顯示愛因斯坦廣義相對論有可能需要修正之處。下一代的CMB與星系巡天工作應該可以提供更精確的關連性。

資料來源:Dark energy is real, say astronomers. Royal Astronomical Society (RAS) [12 September 2012]

轉載自 網路天文館

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