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通過早期宇宙的觀測,暗物質和暗能量的存在被證實!

歐洲普朗克衛星看到的宇宙微波背景。

暗物質和暗能量可能是奇怪的,(到目前為止)無法解釋,但它們似乎確實存在。歐洲航天局(ESA)官員周二(7月17日)宣布,歐洲普朗克(Planck)任務的最終數據發布,確認了「宇宙學標準模型」。2009年至2013年,普朗克以前所未有的細節繪製了宇宙中最古老的光線。暗物質和暗能量是標準模型的主要特徵。「這是普朗克最重要的遺產,」歐空局普朗克項目科學家揚·陶伯(Jan Tauber)在一份聲明中說。「到目前為止,宇宙學的標準模型經受住了所有的考驗,普朗克的測量也證明了這一點。」

測繪古老的光

就像美國宇航局之前的兩次太空任務-宇宙背景探測器和威爾金森微波各向異性探測器一樣-普朗克研究了宇宙微波背景(CMB)。

在宇宙大爆炸之後的38萬年,早在第一批恆星開始發光之前,中巴就開始在宇宙中流淌。在CMB中可以觀察到的微小波動是種子生長到宇宙更大結構中的證據,所以仔細觀察這束光可以揭示宇宙早期的關鍵洞察力。這項工作確實富有成效。例如,普朗克在2013年3月發布的第一份數據顯示,宇宙已經有138.2億年的歷史-比之前想像的要早1億年。這些觀測也為宇宙膨脹提供了強有力的支持,宇宙膨脹的速度比宇宙大爆炸後最初幾分之一秒的光速要快得多。

哈勃常數的測量

2013年發布的數據完全基於普朗克對CMB溫度的測量,使用的數據僅來自飛行任務的前兩次(總共八次)天空調查。2015年發布的第二版將溫度測量和CMB偏振觀測結合起來-基本上是對光的振蕩的描述-並展示了普朗克的所有數據。2015年的結果與兩年前的結果是一致的,並將其進一步擴展到宏觀宇宙學領域。但任務小組當時強調,它的宇宙學結果仍然是初步的,需要證實。陶伯說:「我們認為一些極化數據的質量不足以用於宇宙學。」

「現在我們真的有信心,我們可以僅僅根據溫度,僅僅基於極化,同時基於溫度和極化,來獲得一個宇宙學模型。」義大利費拉拉大學的雷諾·曼多萊西(Reno Mandolesi)在同一份聲明中說。Mandolesi是普朗克的兩個科學儀器之一的低頻儀器(LFI)的首席研究員, 這是普朗克的兩種科學儀器之一(另一種是高頻儀器。)

他們得到的模型是標準模型,它認為(除其他外)宇宙是由我們可以看到和觸摸的「正常」物質組成的;冷暗物質,既不吸收也不反射光,因此不可能直接探測到;暗能量,一種神秘的力量,似乎在推動宇宙的加速膨脹。到目前為止,正常物質是這三種物質中最不豐富的一種,在宇宙的質量能量預算中所佔的比例還不到5%。目前還不清楚暗物質和暗能量到底是什麼,它們仍然困擾著天文學家。例如,物理學家提出數十個粒子作為暗物質的主要成分,但所有粒子都停留在假設的範圍內。


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