它超越了现存的一切，它主宰着宇宙的命运，它无法用已知的物理学来解释。
暗能量是物理学家们用来描述任何物质、力或空间属性正在扰乱宇宙，使其加速膨胀的事物的名称。到目前为止，我们对它几乎一无所知，这使得有关它的理论不受控制地大量增加。但是天文学家正在训练一系列令人印象深刻的仪器来解决这个问题。望远镜和无线电探测器正在追踪越来越多的宇宙，希望能找到暗能量的指纹。太空机构正在计划两项任务来检查这些东西。所有恒星爆炸中最剧烈的一次可以让我们了解到它对早期宇宙的影响。当引力波探测器开始探测暗能量对碰撞黑洞回声的影响时，天文学的一个新分支可能也会发挥作用。
不像对暗物质的探索，这是一个年轻的探索。自20世纪20年代末以来，科学家们就已经知道宇宙在膨胀，但当时的假设是，随着星系与其他物质之间的万有引力踩下刹车，宇宙的膨胀一定在减速。1998年，两个研究小组发现了完全相反的结果。他们一直在寻找一种特殊类型的Ia型超新星的恒星爆炸，这种爆炸发生在白矮星发生失控核反应的时候。Ia型的固有亮度是由它的光消退的速度决定的——更亮的光燃烧的时间更短。因此，通过计算Ia型超新星消失需要多少天，你就可以计算出爆炸发出的光;然后，通过测量它在地球上的表观亮度，你就可以计算出超新星到底有多远，以及光线传播了多长时间。这种类型的宇宙探测器被称为标准烛光。
天文学家也测量每颗超新星的红移。这是光的波长在发射后被拉长的量，它揭示了空间的扩张程度。结合这些观测结果，天文学家可以确定宇宙随时间的膨胀——这就是两个团队发现膨胀速度不是减慢，而是加速的原因。他们的结论是:似乎有什么东西压倒了引力的吸引力。
那个现在被称为暗能量的东西，一直笼罩在神秘之中。我们所知道的是，它具有向外推的特殊性质，不像引力，引力被认为是宇宙的主导力量。现在，天文学家想要弄清楚这个神秘的现象是否会随时间而改变。他们已经开始更仔细地研究宇宙是如何膨胀的——有些是通过改进超新星标准烛光的使用，有些是通过设计新的宇宙工具。
到目前为止，最有效的工具是基于宇宙声波。大爆炸后不久，杏耀的信誉宇宙充满了离子、电子和辐射的弹性混合物。微小的密度异常(由宇宙诞生前10 - 32秒的量子涨落造成)让这个宇宙之钟发出敲击声，声波向外扩散。大约40万年后，
杏耀娱乐信誉如何 ，宇宙冷却到足以让离子捕获游离电子。由于生成的中性原子对辐射是透明的，让光子从它们身边呼啸而过，混合物不再具有弹性。由于声音需要弹性介质才能传播，原始的声波停止了传播，在宇宙的大尺度结构上留下了不可磨灭的印记。因此，星系的位置不是完全随机的，它们有一点倾向于按一定的间隔间隔排列。随着宇宙的膨胀，这一距离一直在增加，目前约为5亿光年(153百万秒差距)。
就像超新星可以作为标准烛光一样，这些重子声学振荡(BAOs)也可以作为标准标尺。标记足够多的星系的位置，你就可以测量出BAOs的明显大小。将其与红移所预测的大小进行比较，您就可以计算出这些特定的bao的距离。通过测量这些星系的红移，并绘制红移与距离的关系图，就有可能揭示宇宙历史中空间膨胀的规律。
今年7月，斯隆数字巡天计划(Sloan Digital Sky Survey)的重子振荡光谱调查(BOSS)揭示了BAOs的最佳图像。这是迄今为止规模最大的星系调查。“这种技术确实是自行其是,“扫罗波尔马特说,加州大学的物理学家,伯克利,领导的一个团队发现暗能量在1998年和获得分享2011年诺贝尔物理学奖以及亚当·里斯和布莱恩·施密特的工作。
除了用独立的证据证明超新星在加速膨胀外，BOSS的数据还提供了一些关于暗能量如何表现的线索。加速度的模式表明，如果暗能量在变化，它不会变化得很快。
目前，这个结论似乎支持被称为宇宙常数的暗能量的候选者。在20世纪20年代，爱因斯坦在他的广义相对论方程中加入了一项常数项，这相当于给真空提供了自己的能量。根据广义相对论，这个宇宙常数确实与普通引力相反。爱因斯坦最初调整了常数的值，以创建一个平衡的、静态的宇宙模型。但是在1929年，埃德温·哈勃指出遥远的星系正在远离我们，天文学家意识到宇宙实际上在膨胀。爱因斯坦抛弃了常数。然而，现在有证据表明宇宙膨胀正在加速，宇宙常数又重新成为争论的焦点。
精力充沛的神秘
问题是为什么空间的真空会有能量。量子场论假设有大量的虚拟粒子短暂地出现然后消失——这似乎是一个令人无法容忍的想法，但却让量子理论家能够对普通粒子如何相互作用做出极其准确的预测。这些虚粒子可能是暗能量排斥力的背后。
但是很难把这些数字叠加起来。产生观测到的宇宙加速所需的真空能量大约是1焦耳每立方公里的空间;量子场论最简单的版本是把这些虚粒子的能量加起来，得出一个比它大120个数量级的数值。如此密集的真空能量会迅速将宇宙撕成碎片，显然这并没有发生。
也许科学家们遗漏了什么。尚未发现的粒子可以抵消已知粒子所提供的能量。但是，尽管很容易设计出一种使数值为零的理论，但要想把一个巨大的数字完全抵消掉而只留下所需的真空能量的小数值是很难的。“宇宙常数是一个奇怪的野兽，”珀尔穆特说。“这让这个理论看起来非常不对称。”
因此，尽管宇宙常数仍然是领先者，理论学家们一直忙于设计暗能量的替代形式。一些人创造了新的引力理论，类似于广义相对论，但在非常大的尺度上产生斥力。另一些人假设存在某种填充空间的流体，有时被称为“精华”，它的作用有点像宇宙常数，但在密度上变化缓慢。无论答案是什么，暗能量都是打开一扇窗户的关键，它打开了“一个完全未被探索的基础物理学领域”的一扇窗户，理论宇宙学家、费城宾夕法尼亚粒子宇宙学中心(Penn Center for Particle宇宙学)主任马克·特斯顿(Mark)说。找到答案不仅能改变人们对自然的看法，还能预言宇宙的命运。
星的调查
许多项目正准备更深入地研究黑暗之谜，并弄清楚在整个宇宙中，暗能量是否真的一直都是相同的。暗能量调查(DES)已经开始了，使用智利的维克多·m·布兰科望远镜扫描南部天空，观察超新星并对2亿多个星系进行编目。2017年初，一项更大的调查——西班牙特鲁埃尔附近的加速宇宙天体物理测量(J-PAS)的Javalambre物理学——应该开始绘制自己的三维宇宙地图，以揭示BAOs。它将覆盖北部天空的大部分，并利用一种创新的仪器分析多达5亿个星系，该仪器使用56个颜色过滤器来显示红移。
与此同时，在加拿大西部，一种截然不同的乐器开始成形。位于不列颠哥伦比亚省Penticton附近的加拿大氢强度绘图实验(CHIME)是一个不寻常的射电望远镜，由一系列半管组成，就像一个巨大的滑板公园。它从一条南北走向的直线上收集无线电波，当地球旋转时，这些无线电波环绕地球，形成一幅天空的图像。
编钟是用来接收由低温氢气发出的声波的。就像星系一样，它也带有古代声学振动的痕迹。它甚至可能比星系测量更好地揭示BAOs，因为星系是相对复杂的过程的结果，而气体更直接地遵循原始声波。“这是一个非常干净的测量，”首席研究员马克·哈尔伯恩说。而且它的简单性使得它的价格相对便宜，1000万加元(780万美元)。加拿大温哥华英属哥伦比亚大学的实验宇宙学家Halpern说:“编钟是一个惊人的便宜货。”
在接下来的十年里，预计将有更多预算的宇宙飞船和巨大的地面望远镜加入到寻找暗能量的行列中。在他们之间，这些大项目，连同DES和J-PAS，将使用四种宇宙工具。除了观测超新星和绘制BAOs外，他们还将测量引力透镜和对星系团进行分类。星系团被引力拉到一起，因此它们的生长可以揭示引力是否开始在大尺度上发生变化。引力透镜效应，即通过干涉物质使遥远的图像发生弯曲，在星系的方向上产生微妙的图案。观察这些图案如何随宇宙时间变化可以揭示暗能量的变化。
从2023年开始，智利的大型巡天望远镜(LSST)有望发现大量的超新星，并精确定位数十亿个星系，以追踪BAOs、星团生长和透镜现象。“LSST就像服用了类固醇的DES一样，”DES主任乔希·弗里曼(Josh Frieman)说。欧洲航天局的欧几里德计划于2020年发射，它也将利用引力透镜效应。在地球大气层造成的模糊之上，欧几里得的敏锐视力将能够更好地发现透镜星系的方向。它还能收集被大气阻挡的近红外光。NASA计划在本世纪20年代中期的某个时候发射类似的任务WFIRST。WFIRST将拥有比欧几里得更清晰的视觉，因为它是基于一个更大的2.4米的镜面——一个由美国国家侦察办公室捐赠的光学设备，该办公室负责管理美国的情报卫星。“这是一个不同寻常的技术改造游戏，”珀尔穆特说。
的想法
即使有如此多的眼睛盯着天空，暗能量可能仍然难以捉摸。因此，一些天文学家正在研究更奇特的宇宙探测器。伽马射线爆发(grb)是来自遥远宇宙的高能辐射的闪光。许多被认为是由大质量恒星的核心坍缩形成黑洞或中子星引起的。在加利福尼亚的斯坦福大学，玛丽亚·戴诺蒂想用grb作为一种新型的标准蜡烛。这似乎是一个困难的任务，因为这些爆发是臭名昭著的多样性，闪烁和消退似乎没有任何模式。“如果你见过一个GRB，你就见过一个GRB，”Dainotti说。但在2008年，她发现在某些grb中，排放先下降到一个平台，然后再下降，较短的平台意味着更明亮的爆发(M. G. Dainotti等人)。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。391年,L79-L83;2008)。
Dainotti对使用grb进行精确的宇宙学研究持谨慎态度，部分原因是她的相关性还没有一个明确的物理原因。研究人员还不知道当恒星核心崩溃时grb内部发生了什么——高能发射可能是由快速旋转的中子星或落入新生黑洞的物质产生的。
但是当这个理论被更好地建立起来的时候，像这样的爆发可以照亮暗能量的早期。grb比Ia型超新星要亮得多，因此它们可以用来观测更远的宇宙，并追踪宇宙在不到10亿年前的膨胀。如果暗能量正在改变它的性质，那么这个遥远的观点可能是至关重要的。
重力下降
也许需要一种新的天文学来破解黑暗之谜。2016年，杏耀yl激光干涉引力波天文台(LIGO)的合作终于宣布探测到了爱因斯坦在一个世纪前预测的时空旅行扭曲——引力波。一种持续不到一秒的独特声音是黑洞碰撞的回声，十亿多年前，当黑洞螺旋进入并相互融合时，碰撞震动了时空结构。
“有了这样的引力波，我们可以测量距离，”英国卡迪夫大学物理学家、LIGO合作项目成员斯蒂芬·费尔赫斯特(Stephen Fairhurst)说。波的形状揭示了黑洞的质量和释放的总能量。再加上到达地球时海浪的强度，你就能算出距离了。
然而，绘制扩张历史还需要找到红移，这更棘手。找到这些事件之一的宿主星系并利用它的光来揭示红移是可能的，尽管宿主星系可能是在一个大目标区域的许多星系之一，因为引力波探测器还不能精确地确定方向。如果所有这些各种各样的工具都没有发现暗能量行为的改变，研究人员可能别无选择，只能放弃并接受宇宙常数。“当我们发现自己接受宇宙常数的那一刻，就是理论做出令人信服的预测的那一刻，”珀尔马特说。例如，一种理论可能预测出一种新的粒子来抑制宇宙常数，然后这些粒子可能会被欧洲粒子物理实验室(CERN)的大型强子对撞机(Large Hadron Collider)检测到。
物理学家喜欢怪异，所以大多数人可能会期待另一个结果:我们宇宙的大部分物质是一种不断演化的东西，它甚至比真空能量还要奇怪。如果加速度的来源被发现是一个新的能量场或重力的改变，其后果将是深远的。“这可能会让我们重新思考引力和粒子物理是如何相互作用的，”踩踏说。自爱因斯坦以来，寻找基于粒子的引力描述一直困扰着理论物理学家。为了最终解决这个问题，我们可能不得不第二次放弃他的宇宙常数。
