新的研究可以帮助科学家使用引力透镜——来自迢遥星系的光的扭曲——来研究宇宙的加速膨胀。
科学家们在探求爱因斯坦广义相对论中的缺陷时仍然一无所获，这些缺陷可以表明推动宇宙加速膨胀的神秘气力。
研究人员研究了 1 亿个星系，探求引力强度在整个宇宙历史或广阔宇宙隔断内发生变革的迹象。这种变革的任何迹象都表明爱因斯坦的广义相对论不完整或须要修改。变异还可以展现暗能量是什么，除此之外，它是科学家对导致宇宙膨胀加速的任何事物的名称。
尽管没有发现重力强度的这种变革，但这项工作将帮助两个即将推出的太空望远镜（欧洲航天局的欧几里得任务和美国宇航局的南希格雷斯罗马太空望远镜）可以探求重力强度在空间和时间上的变革。
团队成员、美国宇航局喷气推进实验室 (JPL) 的前博士后研究员 Agnès Ferté 在一份声明中说：“随着测量变得越来越准确，爱因斯坦的引力理论仍有挑战的空间”。
为什么暗能量和宇宙加速膨胀对科学家来说一直是个困扰的谜团，想象一下推着一个秋千上的孩子，看着她放慢速度并几乎完全停止。然后挥杆忽然加速并且没有任何推动力地继续更快地移动。
科学家们的等价物是宇宙的膨胀应该在大爆炸的最初推动之后放缓。但事实并非云云。它正在加速，“暗能量”这个词是推动这种加速的神秘气力的占位符。
暗能量现实上是在对抗重力——在重力将宇宙物体拉在一起时将它们推开。而且由于暗能量约占宇宙能量和物质含量的 68%，这是研究人员急于办理的一个谜。
因此，暗能量调查小组使用智利的维克多·M·布兰科 4 米望远镜来追溯 50 亿年前的时间。
通过空间和时间测试重力
光以恒定的速度传播，这意味着天文学家可以像过去一样看到迢遥的宇宙物体。
比方，光从太阳传播到地球大约须要 7 分钟，以是从我们的星球上，我们可以看到七分钟前的恒星。移动到更远的地方，当天文学家观察一光年外的银河系物体时，他们所看到的就像一年前一样。对于詹姆斯韦伯望远镜正在研究的一些迢遥星系，光已经向我们传播了数百亿年，我们看到的星系就像 138 亿年前的宇宙处于相对初期时的样子。
然而，并不是对星系本身的观察可以暗示引力强度的变革，而是它们的光在漫长的望远镜之旅中发生了什么。
进入时空
根据广义相对论，质量弯曲时空结构，质量更大的物体会导致更极度的曲率。一个常见的类比是将不同重量的球放在拉伸的橡胶板上。保龄球在床单上比网球产生更深的凹痕；一颗恒星比一颗行星更能扭曲时空。
像星系这样的物体云云强烈地扭曲时空，以至于当光通过星系时，它的路径是弯曲的。当这种光到达地球时，发出它的物体在天空中的显着位置发生变革。天文学家称这种效应为引力透镜效应。
由于来自背景物体的光可以通过不同的路径穿过像星系这样的大质量物体 - 称为透镜物体 - 引力透镜可以使光源看起来扭曲、放大乃至在天空中的多个位置。（在詹姆斯韦伯太空望远镜拍摄的第一张照片中，引力透镜含糊了迢遥的星系。）
然而，引力透镜的影响大概更玄妙，而这些玄妙的影响通常是由透镜物体中的暗物质引起的。而且由于暗物质只与引力相互作用，完全忽略了光和其他物质，它的外形和结构仅由这种力引起。
爱因斯坦是对的（再次）
但回到新的研究。暗能量调查的科学家们在迢遥星系的图像中探求这些玄妙的扭曲，称为“弱引力透镜”。研究人员推断，这将展现透镜星系中暗物质分布的变革，这反过来又暗示了引力强度随时间和空间的变革——大概展现了神秘的暗能量。
对 1 亿个星系中暗物质外形的观察表明，一切仍然符合爱因斯坦的广义相对论。然而，这并不意味着探索已经竣事。天文学家如今将告急于分别于 2023 年和 2027 年发射的欧几里得和罗马太空望远镜，以探求更古老的星系中的这些引力变革，希望发现大概为明白黑暗开辟道路的变革活力。
根据美国宇航局的说法，虽然这项新研究观察了 50 亿年前的星系，但欧几里德将回顾 80 亿年前，而罗曼将回顾更远的时间，观察 110 亿年前的星系。
Ferté 说：“在我们为 Euclid 和 Roman 做好准备之前，我们还有很多事情要做”，“因此，我们必须继续与世界各地的科学家合作办理这个题目，就像我们在暗能量调查中所做的那样。”
该团队的研究效果于 8 月 23 日在里约热内卢举行的粒子物理和宇宙学国际会议 (COSMO'22) 上公布。一篇详细介绍该团队发现的论文已发布在预印本存储库arXiv.org上。 |
