根據(jù)宇宙學(xué)家的說法，物質(zhì)和能量的兩種完全神秘的形式(稱為暗物質(zhì)和暗能量)構(gòu)成了宇宙的大部分。普通物質(zhì)(恒星，行星以及由原子構(gòu)成的其他所有物質(zhì))僅占宇宙預(yù)算的百分之五左右。

物理學(xué)家特斯拉·杰爾特瑪(Tesla Jeltema)正在研究暗物質(zhì)和暗能量的奧秘，方法是研究星系團(tuán)，這是宇宙中最大的物質(zhì)集合。杰爾特瑪(Jeltema)是加州大學(xué)圣克魯斯分校的物理學(xué)副教授，他深深地參與了暗能量調(diào)查(DES)，這是一項大型國際合作項目，旨在測量暗物質(zhì)和暗能量對宇宙膨脹和大規(guī)模增長的影響隨著時間的推移，像銀河星團(tuán)一樣的結(jié)構(gòu)。她是銀河星團(tuán)工作組的共同主席，并領(lǐng)導(dǎo)DES的星團(tuán)分析團(tuán)隊之一，以及其他職責(zé)。

杰爾特瑪解釋說，天文學(xué)家可以通過觀察遙遠(yuǎn)的星系來回溯，因為這些星系發(fā)出的光要花費(fèi)數(shù)十億年才能到達(dá)地球上的望遠(yuǎn)鏡。她說：“回顧過去，觀察結(jié)構(gòu)隨時間的變化，這使我們掌握了宇宙的發(fā)展方式。”

暗能量

時光倒流的科學(xué)家在1998年發(fā)現(xiàn)了暗能量。他們的結(jié)果表明，宇宙不僅像埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)在1920年代所展示的那樣正在膨脹，而且宇宙的膨脹正在加速。這一發(fā)現(xiàn)意味著愛因斯坦的引力理論需要修改，或者宇宙中存在某種未知形式的能量(現(xiàn)稱為暗能量)，從而以某種方式引起“負(fù)引力”或引力排斥。

杰爾特瑪說：“自哈勃望遠(yuǎn)鏡以來，我們一直在觀察我們周圍的所有星系越來越遠(yuǎn)。” “如果宇宙只有光和質(zhì)量，那么由于重力的作用，隨著時間的流逝，膨脹會變慢。但事實(shí)并非如此，它變得更快。還有別的東西將事情推開，這就是我們所說的暗能量。”

另一方面，暗物質(zhì)通過它施加在星系中恒星上的引力吸引而自我暴露。引力似乎是看不見的暗物質(zhì)與普通物質(zhì)相互作用的唯一方式。因為暗物質(zhì)比普通物質(zhì)多得多，所以它在將物質(zhì)聚集在一起形成星系和其他結(jié)構(gòu)方面發(fā)揮了主導(dǎo)作用。

杰爾特瑪說：“暗能量影響宇宙的膨脹，而暗物質(zhì)影響萬有引力將事物拉到一起的速度。”

拔河比賽

目前尚不清楚暗物質(zhì)與暗能量之間的這種宇宙學(xué)“拔河”如何隨著時間的流逝而發(fā)生，但是物質(zhì)似乎在宇宙的大部分歷史中占據(jù)著主導(dǎo)地位，減緩了膨脹并推動了星系和大星系的形成。規(guī)模結(jié)構(gòu)。然而，在數(shù)十億年前，隨著物質(zhì)因宇宙膨脹而變得越來越稀薄，暗能量接管并開始加速膨脹速度。

暗能量調(diào)查正在以前所未有的精度和精確度檢查這種宇宙加速。這項調(diào)查使用的是一種功能強(qiáng)大的新型儀器，稱為“暗能量相機(jī)”，該儀器安裝在智利塞羅泰洛洛美洲國家天文臺的4米布蘭科望遠(yuǎn)鏡上。這項調(diào)查覆蓋了南半球大約八分之一的天空，收集了來自3億多個星系和數(shù)千個超新星的數(shù)據(jù)。

盡管杰爾特瑪(Jeltema)的研究團(tuán)隊專注于星系團(tuán)，但DES還使用其他幾種觀測策略或“探針”來測量暗能量的影響。該調(diào)查始于2013年，涉及來自7個國家/地區(qū)的25個機(jī)構(gòu)的400多名科學(xué)家。UCSC天文學(xué)家賴安·弗利(Ryan Foley)是利用超新星觀測研究宇宙膨脹歷史的小組的成員。

星系團(tuán)可以告訴研究人員大規(guī)模結(jié)構(gòu)的形成和宇宙中物質(zhì)的數(shù)量。通過將附近宇宙中的星系團(tuán)的數(shù)量和大小與遠(yuǎn)處的星系團(tuán)的大小進(jìn)行比較，研究人員可以知道它們形成的速度以及它們的形成隨時間的變化。

杰爾特瑪說：“形成速度告訴你暗能量的密度，也告訴你那里有多少質(zhì)量。” “如果您回顧過去，就會發(fā)現(xiàn)早期的星系團(tuán)減少了，隨著前進(jìn)的進(jìn)行，將會發(fā)現(xiàn)越來越多的星系團(tuán)。但是，當(dāng)暗能量占主導(dǎo)地位時，擴(kuò)張速度會加快，并且結(jié)構(gòu)會變慢，因為事物之間的距離越來越遠(yuǎn)。”

研究人員希望回答的關(guān)鍵問題之一是暗能量是否是常數(shù)，或者其密度是否隨時間變化。

初步結(jié)果

八月，合作在一系列論文中發(fā)表了其初步結(jié)果。這些發(fā)現(xiàn)包括對宇宙的大規(guī)模結(jié)構(gòu)進(jìn)行的最精確的測量，揭示了暗物質(zhì)的數(shù)量和“結(jié)塊”。盡管杰爾泰瑪(Jeltema)和其他許多論文是該論文的合著者，但她說她有關(guān)銀河系星團(tuán)工作的主要結(jié)果尚未公布。她預(yù)計未來幾個月將有幾篇關(guān)于星系團(tuán)的論文發(fā)表。

《暗能量調(diào)查》將在2018年完成其觀測，這將為科學(xué)家提供大量的觀測數(shù)據(jù)和測量值，以供今后研究之用。同時，計劃進(jìn)行下一次重大調(diào)查以探究暗物質(zhì)和暗能量的性質(zhì)。Jeltema和其他一些UCSC物理學(xué)家和天文學(xué)家參與了目前正在智利建造的大型天氣觀測望遠(yuǎn)鏡(LSST)的規(guī)劃和設(shè)計工作。LSST的十年調(diào)查預(yù)計將于2022年開始。

杰爾特瑪說：“我們正在建立一種新的望遠(yuǎn)鏡，只是為了研究暗能量，我們正在測試我們可以將光學(xué)元件推多遠(yuǎn)。” “它將使我們能夠以前所未有的方式觀察事物隨時間的變化。”