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『星系团』宇宙膨胀的方式，和我们想象的不一样？美德科学家质疑宇宙基本特性( 二 )


『星系团』宇宙膨胀的方式，和我们想象的不一样？美德科学家质疑宇宙基本特性
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暗能量分布不均？
如果作者的结论成立 ， 这将是对现代宇宙学的一次强有力的冲击 。宇宙在大尺度上的各向异性 ， 意味着我们对于宇宙基本结构的认知 ， 还存在不完善的地方 。那么 ， 导致宇宙各向异性的因素可能是什么？
前面已经说到 ， 宇宙微波背景辐射在大尺度上有着几乎完美的均一性 。物质在宇宙中的分布仍是均匀的 ， 那么问题 ， 可能来自占据宇宙总质量近70%的暗能量：暗能量 ， 驱动宇宙加速膨胀的力量 ， 自身可能不是均匀分布的 。
也就是说 ， 在暴胀产生早期宇宙之后 ， 随后的数十亿年间 ， 暗能量在整个宇宙中的分布并不是我们此前想象的那样均匀——它在一些方向上更加密集 ， 而另一些区域则较为稀薄 。这样的差异 ， 造就了宇宙的“倾斜” 。
这样的假设并无不妥 ， 因为暗能量本身就是天文学家为了解释宇宙加速膨胀而提出的概念 。对于暗能量的构成、分布等信息 ， 我们至今认识有限 。如果我们此前对宇宙膨胀空间分布的认识存在偏差 ， 那么暗能量的分布方式自然可以随之改变 。
巨大争议
看上去 ， 我们正在见证一项令人激动的突破 。这样的可能性当然存在 ， 但问题在于 ， 这项研究的结论或许并不牢靠 ， 甚至有着多项潜在的误差来源 。
首当其冲的 ， 是研究方法本身 。前文提到 ， 这项研究使用的X射线光度与气体温度的线性关系 ， 是基于经验总结的 。在论文图表中 ， 我们能够看到 ， 通过两台望远镜得到的关系斜率有所差异——这是一个非常危险的信号 ， 因为两者的关系不应该随观测工具的不同出现波动 。还有科学家发现 ， 相较于其他研究手段 ， 通过星系团得出的结论往往存在不一致性 ， 这为星系团研究的可靠性画上问号 。
『星系团』宇宙膨胀的方式，和我们想象的不一样？美德科学家质疑宇宙基本特性
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约翰·霍普金斯大学的天文学家Adam Riess提出了另一种造成误差的可能性 。银河系中存在大量气体和尘埃盘 ， 在X射线到达望远镜的过程中 ， 这些气体、尘埃盘可能成为障碍物 ， 妨碍观测者的判断 。Riess认为 ， 这个理论并不是凭空猜测：各向异性最明显的区域 ， 恰好与银河系中X射线吸收气体和尘埃最稠密的区域重合 。
研究的数据本身 ， 也存在疑点 。论文指出 ， 这项结论的置信度≥4-sigma 。在物理学中 ， 5-sigma是代表着足够显著性的“金标准” 。而4-sigma的结果虽然不算糟糕 ， 但距离“金标准”仍有差距 。
最后 ， 如果这项研究的数值真实存在 ， 而不是来自上述误差 ， 那么宇宙各向异性是唯一的解释吗？
不是 。天文学家还提出了另一种可能的解释 ， 那就是“整体流”（bulk flow） 。理论上 ， 星系团等物质在暗能量的推动下 ， 按照哈勃常数膨胀 。然而 ， 在实际观测中 ， 一些星系团移动的速率并不完全等同于哈勃常数 ， 这是因为在暗能量之外 ， 它们还受到了普通物质的作用 ， 而作用力的来源 ， 就是邻近的大型星系团 。例如 ， 银河系的本动速率 ， 即相较于哈勃常数的运动运动速率 ， 达到达到631km/s 。
同样 ， 在这项研究中 ， 不同星系团展现出的膨胀速率差异 ， 也可能归结于星系团的“整体流” 。唯一的问题是空间尺度——此前有研究证实 ， 在不超过10亿光年的范围内 ， 观测到类似的效应 。但要解释这项研究中的数据 ， 需要在50亿光年的尺度上支配星系团的运动 。
因此 ， 至少目前看来 ， 宇宙各向异性的理论还缺乏足够坚实的证据 。在此后一段时间内 ， 相关争论仍将持续下去 。论文作者希望 ， 功能更加强大的下一代X射线望远镜 ， 例如俄罗斯与德国联合研制的eROSITA、ESA的“雅典娜”号X射线空间望远镜 ， 将提供更加丰富、范围更广的星系团距离信息 。


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