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    國際團隊製迄今最大宇宙暗物質地圖 揭暗物質分佈更散 或證相對論存錯誤

    暗物質 (dark matter) 約佔了整個宇宙 80% 的質量 ,其引力足以將整個星系嚙合在一起,形成一種稱為「宇宙網 (cosmic web) 」的結構,而來自暗能量調查  (DES) 的科學家周四發表了有史以來最大規模的暗物質宇宙地圖,地圖更可能暗示愛因斯坦的相對論存在某些問題。

    團隊還繪製了宇宙空洞 (void) 的位置,傳統的物理定律可能不適用這些結構。

    天文學家透過觀察從遙遠星系傳到地球的光來繪製暗物質的存在地圖。如果光線被扭曲,則意味著光線前方存在一些物質。暗能量調查團隊使用人工智能與智利的 Víctor M. Blanco 望遠鏡分析了 1 億個星系的圖像,但該地圖的組成部分僅涵蓋了地球可見總夜空的八分之一。

    圖中帶粉紅與紫色斑點的是 DES 新繪製的暗物質地圖,外圍是銀河,在帶紫色範圍內,最光、帶橙色的為暗物質密度最高的地方,最深色的則是宇宙空洞,代表暗物質密度最低,其重力也有不同。

    Credit: DES

    宇宙空洞密度非常低 物理定律或不適用

    倫敦大學學院宇宙學家 Niall Jeffrey 是研究其中一個領導學者。他指出:「地圖向我們展示了從未見過的宇宙新部分。我們真的可以看到這種宇宙網狀結構,包括稱為宇宙空洞的巨大結構,它們是密度非常低的區域,那裡的星系很少,物質更少。」

    學界一直對這些結構很感興趣,因為他們懷疑重力可能在宇宙空洞中有很大不同。通過確定其形狀和位置,地圖可為進一步研究提供起點。該地圖將發表於《皇家天文學會月刊》,也使人類更加了解宇宙的組成及演化方式。

    或反映愛因斯坦廣義相對論並非完美

    根據宇宙學的標準模型,宇宙從大爆炸開始,然後以愛因斯坦廣義相對論所言膨脹並演化。廣義相對論描述的引力是構成物質團和空洞的原因,這些物質團和空洞構成了宇宙網。

    雖然 DES 團隊的計算表明物質分佈與標準模型中的預測大致一致,但並不完全一樣。 Jeffrey 表示,如實際觀察宇宙,暗物質不會像預期一樣聚集,有跡象表明暗物質更鬆散分佈。他指出,這似乎是相對較小的差異,但如果獲證實,就意味著愛因斯坦的廣義相對論「出了點問題」。

    他強調,發現愛因斯坦錯並非壞事,對於物理學家而言這是極度令人興奮的事,代表可找到有關宇宙的新發現。

    倫敦大學學院數學及物理科學系教授兼 DES 英國聯盟主席 Ofer Lahav 則對說法有保留,他表示,有機會是用於計算的某些測量值不太正確,又或者可能是基礎模型的問題,「問題是這是否意味愛因斯坦的理論並非完美」,他指出,愛因斯坦的理論似乎通過了所有測試,但都會在不同地方發現一些偏差。 在宇宙學的歷史中,有一些例子說明了問題會消失,但也有改變學界固有思維的例子;學界應先繼續嘗試通過傳統方式理解差異,但同時也要睜開眼,因為人類可能正目賭物理學革命。

    DES 團隊有 400 名來自 7 個國家、25 家機構的科學家。

    來源:
    BBC, New dark matter map reveals cosmic mystery, 27 May 2021
    The Guardian, Astronomers create largest map of the universe’s dark matter, 27 May 2021

    文/Alan Chiu

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