4月9日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家發(fā)布在暗能量研究領(lǐng)域取得的重要進(jìn)展。該成果為探索宇宙加速膨脹背后的物理機(jī)制提供了全新視角與關(guān)鍵證據(jù)，同時(shí)意味著可能存在宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型以外的新物理。
暗能量研究是當(dāng)代天文學(xué)與宇宙學(xué)最具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題之一。自上世紀(jì)末宇宙加速膨脹的發(fā)現(xiàn)以來(lái)，科學(xué)界認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng)的引力理論與普通物質(zhì)成分無(wú)法解釋這一現(xiàn)象，必須引入一種全新的、神秘的宇宙成分—暗能量，作為驅(qū)動(dòng)宇宙加速膨脹的“幕后推手”，但其真面目至今仍未被揭示，是現(xiàn)代物理學(xué)中最大的未解之謎之一。
在標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型（ΛCDM）中，暗能量通常被視為一種不隨時(shí)間演化的真空能量，其狀態(tài)方程恒定為-1。這一模型在過(guò)去二十多年里成功解釋了大量宇宙學(xué)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，被廣泛接受為當(dāng)前最簡(jiǎn)且有效的理論框架。然而，隨著宇宙學(xué)觀(guān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展與數(shù)據(jù)精度的不斷提高，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，在ΛCDM模型下，不同類(lèi)型的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)之間出現(xiàn)了一定程度的不自洽。這為ΛCDM模型提出了新的挑戰(zhàn)，也為探索暗能量的性質(zhì)乃至更深層的物理理論留下了巨大的空間。
DESI項(xiàng)目是當(dāng)今全球最重要的暗能量觀(guān)測(cè)計(jì)劃之一，是聯(lián)合了全球70余家科研機(jī)構(gòu)組成的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)。DESI依托4米口徑的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，通過(guò)對(duì)數(shù)千萬(wàn)個(gè)天體的紅移進(jìn)行高精度測(cè)量，精細(xì)繪制宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的三維圖譜，旨在深入揭示暗能量的物理屬性。此次，趙公博團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜DESI國(guó)際合作組在暗能量動(dòng)力學(xué)屬性的研究中取得了重要的科學(xué)突破。
研究團(tuán)隊(duì)利用團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)的新方法，通過(guò)深入分析DESI最新觀(guān)測(cè)獲得的宇宙學(xué)距離數(shù)據(jù)，并結(jié)合超新星和宇宙微波背景輻射的觀(guān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)暗能量的狀態(tài)方程隨著宇宙演化而發(fā)生變化，其信噪比超過(guò)4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差水平。此結(jié)果證實(shí)了此前DESI國(guó)際合作組使用不同分析方法得到的結(jié)論，即暗能量很可能存在動(dòng)力學(xué)屬性。該結(jié)論對(duì)傳統(tǒng)的宇宙學(xué)常數(shù)模型構(gòu)成挑戰(zhàn)，意味著暗能量可能并非恒定不變的真空能量，而具有更復(fù)雜的演化行為。
“在這項(xiàng)研究中，我們發(fā)展了暗能量重構(gòu)分析的新方法，利用了DESI的最新測(cè)量，結(jié)合了超新星和宇宙學(xué)微波背景輻射等觀(guān)測(cè)，通過(guò)多元觀(guān)測(cè)信息相互印證，有效提升了分析和結(jié)論的可靠性。”趙公博說(shuō)。
這項(xiàng)研究不僅為揭示暗能量的物理本質(zhì)開(kāi)辟了全新的研究方向，也為構(gòu)建更完備的宇宙學(xué)理論體系提供了關(guān)鍵線(xiàn)索。同時(shí)，為后續(xù)包括DESI全巡天、主焦點(diǎn)光譜巡天（PFS）、歐幾里得（Euclid）和下一代宇宙微波背景（CMB）觀(guān)測(cè)等重大項(xiàng)目，在數(shù)據(jù)分析方法與理論模型構(gòu)建方面注入了新的科學(xué)動(dòng)力。
研究團(tuán)隊(duì)表示，下一步將持續(xù)利用DESI后續(xù)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行更精細(xì)的分析，并與國(guó)際同行攜手，力求通過(guò)高精度的測(cè)量和更完備的理論模型，對(duì)暗能量的動(dòng)力學(xué)屬性進(jìn)行更全面、更嚴(yán)格的檢驗(yàn)。
作者：吳月輝
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