宇宙学

“有了宇宙空隙,我们很快就会测试各种模型'énergie sombre »

宇宙中最空旷的区域隐藏着许多有关宇宙演化和暗能量的信息。斯特凡妮·埃斯科菲耶(StéphanieEscoffier)解释了最新的星系目录如何开始在宇宙上打开新的窗口。

肖恩·拜利 对于科学N°470
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SDSS声明

首先,什么是宇宙空虚?它是如何形成的?

斯蒂芬妮·埃斯科菲耶(Stephanie Escoffier): 根据宇宙学原理,宇宙是同质的和各向同性的,也就是说,无论我们站立的位置或观察的方向如何,宇宙都是相同的。如果我们仔细观察,事实并非如此,宇宙似乎由大型结构组成:星系以簇和超团簇的形式聚在一起,它们本身就形成了巨大的细丝。在这些结构之间,我们发现了宇宙的“空隙”,这是在星系密度非常低的情况下几乎荒芜的空间。空隙的大小是可变的,从半径超过十亿光年的巨大变化到很小。我主要在距离50到4亿光年的空隙中工作。

空隙的起源隐藏在原始宇宙的等离子体中。在那里表现出来的量子涨落造成了物质密度过大的区域,在那里普通物质和暗物质(其性质仍是未知的)积累并产生了星系和星系团。物质的次密度区域形成了宇宙空隙。

我们如何检测到它们?

S. E。: 第一个是由美国基特峰天文台的斯蒂芬·格雷戈里和莱尔德·汤普森于1978年发现的。空洞是由将它们隔开的星团和细丝定义的,因此我们需要在广阔的天空范围内调查的星系目录。然后,我们应用一种算法来隔离和识别空隙。我的团队使用了星系中最丰富的三维地图,这是该程序中的一个 老板 (重子振荡光谱调查) 链接到声明 SDSS III (斯隆数字天空调查)由位于美国新墨西哥州的直径为2.5米的望远镜制成。这项调查是在2009年至2014年之间进行的,其中包括150万个星系。我们在那里发现了数百个空隙。

宇宙空隙带给宇宙研究什么信息?

S. E。: 虚空使我们了解了宇宙的许多方面:大型结构的形成过程,弱场中的引力透镜效应或宇宙扩散背景的某些异常现象,例如冷点。

空隙还使我们能够研究宇宙的加速膨胀。 1998年,几个研究小组使用Ia型超新星表明,宇宙的膨胀一直在加速发展约70亿年。为了解释这一动态,必须假设宇宙包含暗能量,或者必须改变爱因斯坦的广义相对论。暗能量的性质仍然未知,但是,如果存在,它将代表宇宙总含量的近70%。

有了宇宙空隙,我们最近开始测试暗能量和改变的重力模型。用空隙来回答这些问题的想法并不新鲜,但是这种方法面临着一个重大的实验障碍:难以深入地探测天空的大部分,并且距离测量的精度很高。星系。诸如程序之类的主要宇宙学调查的出现 老板 在宇宙学中激发了人们对空隙的兴趣。的确,充满宇宙大部分空间的宇宙空洞几乎没有物质,并且可能主要由暗能量组成。因此,这些区域将自己作为测试暗能量场景或修正重力理论(替代广义相对论)的理想实验室。

虚空是否开始透露自己的秘密?

S. E。: 一步步。我参与了慕尼黑大学的Nico Hamaus最近进行的一项研究,该研究的重点是空隙中星系的速度。这种方法带来了观测上的困难,因为我们为给定星系测量的速度具有难以分解的两个分量。第一个与宇宙的膨胀有关,这是著名的红移,它导致所有星系远离银河系。第二个原因是星系在真空中具有自己的速度。平均而言,它们应该向各个方向移动。但是,边界空隙的物质密集区吸引了空隙星系。通过隔离速度的最后一部分,Nico Hamaus和他的团队以很高的精度估算了宇宙中物质的平均密度,并评估了大型结构的增长率。

这种方法还可以测试这些低密度区域中的爱因斯坦广义相对论。观测值与理论计算值的偏差表明必须修改重力定律。目前,结论是广义相对论成立了。

您也对宇宙空洞的另一方面,即它们的形式感兴趣。这种方法包括什么?

S. E。: 与我的博士后研究员爱丽丝·皮萨尼(Alice Pisani)(最近获得“科学领域的欧莱雅-联合国教科文组织女科学家”资助),我们对应用于宇宙空隙的Alcock-Paczynski效应感兴趣。这些没有特别的形状为球形。但是,如果宇宙在很大程度上是均匀且各向同性的,并且我们正在研究大量的空隙,则它们的平均形状必须在实际空间中为球形。但是,当我们建立星系的三维地图时,我们没有直接测量它们的位置,而是记录了它们光谱的红移。要转换为距离并返回真实空间,我们需要选择一个宇宙学模型。如果选择的模型不正确,则空隙的平均形状将不是球形。在这里,我们有一种测试大量模型的方法,这就是Alcock-Paczynski测试。这种方法是有前途的,应该很快就会产生第一个结果。

宇宙空隙领域的前景如何?

S. E。: 自2014年以来,该计划 老板 成为 e老板 (e 对于 扩展的)。这个想法是在比 老板。这对我们来说是非常令人兴奋的,因为通过研究更遥远的空洞,我们可以看到年轻的宇宙,并且可以看到暗能量的动力学是否随时间变化。这将允许测试某些暗能量模型的预测。

另一个备受期待的计划是 欧几里得是计划于2020年投放欧洲的一颗卫星。目标是非常精确地观测超过100亿个物体,其中包括5000万个星系。拥有如此庞大的目录,这些空白仍然有很多要向我们揭示。

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