物理学家特斯拉杰尔特玛探索暗物质和暗能量的奥秘

根据宇宙学家的说法，物质和能量的两种完全神秘的形式(称为暗物质和暗能量)构成了宇宙的大部分。普通物质(恒星，行星以及由原子构成的其他所有物质)仅占宇宙预算的百分之五左右。

物理学家特斯拉·杰尔特玛(Tesla Jeltema)正在研究暗物质和暗能量的奥秘，方法是研究星系团，这是宇宙中最大的物质集合。杰尔特玛(Jeltema)是加州大学圣克鲁斯分校的物理学副教授，他深深地参与了暗能量调查(DES)，这是一项大型国际合作项目，旨在测量暗物质和暗能量对宇宙膨胀和大规模增长的影响随着时间的推移，像银河星团一样的结构。她是银河星团工作组的共同主席，并领导DES的星团分析团队之一，以及其他职责。

杰尔特玛解释说，天文学家可以通过观察遥远的星系来回溯，因为这些星系发出的光要花费数十亿年才能到达地球上的望远镜。她说：“回顾过去，观察结构随时间的变化，这使我们掌握了宇宙的发展方式。”

暗能量

时光倒流的科学家在1998年发现了暗能量。他们的结果表明，宇宙不仅像埃德温·哈勃(Edwin Hubble)在1920年代所展示的那样正在膨胀，而且宇宙的膨胀正在加速。这一发现意味着爱因斯坦的引力理论需要修改，或者宇宙中存在某种未知形式的能量(现称为暗能量)，从而以某种方式引起“负引力”或引力排斥。

杰尔特玛说：“自哈勃望远镜以来，我们一直在观察我们周围的所有星系越来越远。” “如果宇宙只有光和质量，那么由于重力的作用，随着时间的流逝，膨胀会变慢。但事实并非如此，它变得更快。还有别的东西将事情推开，这就是我们所说的暗能量。”

另一方面，暗物质通过它施加在星系中恒星上的引力吸引而自我暴露。引力似乎是看不见的暗物质与普通物质相互作用的唯一方式。因为暗物质比普通物质多得多，所以它在将物质聚集在一起形成星系和其他结构方面发挥了主导作用。

杰尔特玛说：“暗能量影响宇宙的膨胀，而暗物质影响万有引力将事物拉到一起的速度。”

拔河比赛

目前尚不清楚暗物质与暗能量之间的这种宇宙学“拔河”如何随着时间的流逝而发生，但是物质似乎在宇宙的大部分历史中占据着主导地位，减缓了膨胀并推动了星系和大星系的形成。规模结构。然而，在数十亿年前，随着物质因宇宙膨胀而变得越来越稀薄，暗能量接管并开始加速膨胀速度。

暗能量调查正在以前所未有的精度和精确度检查这种宇宙加速。这项调查使用的是一种功能强大的新型仪器，称为“暗能量相机”，该仪器安装在智利塞罗泰洛洛美洲国家天文台的4米布兰科望远镜上。这项调查覆盖了南半球大约八分之一的天空，收集了来自3亿多个星系和数千个超新星的数据。

尽管杰尔特玛(Jeltema)的研究团队专注于星系团，但DES还使用其他几种观测策略或“探针”来测量暗能量的影响。该调查始于2013年，涉及来自7个国家/地区的25个机构的400多名科学家。UCSC天文学家赖安·弗利(Ryan Foley)是利用超新星观测研究宇宙膨胀历史的小组的成员。

星系团可以告诉研究人员大规模结构的形成和宇宙中物质的数量。通过将附近宇宙中的星系团的数量和大小与远处的星系团的大小进行比较，研究人员可以知道它们形成的速度以及它们的形成随时间的变化。

杰尔特玛说：“形成速度告诉你暗能量的密度，也告诉你那里有多少质量。” “如果您回顾过去，就会发现早期的星系团减少了，随着前进的进行，将会发现越来越多的星系团。但是，当暗能量占主导地位时，扩张速度会加快，并且结构会变慢，因为事物之间的距离越来越远。”

研究人员希望回答的关键问题之一是暗能量是否是常数，或者其密度是否随时间变化。

初步结果

八月，合作在一系列论文中发表了其初步结果。这些发现包括对宇宙的大规模结构进行的最精确的测量，揭示了暗物质的数量和“结块”。尽管杰尔泰玛(Jeltema)和其他许多论文是该论文的合著者，但她说她有关银河系星团工作的主要结果尚未公布。她预计未来几个月将有几篇关于星系团的论文发表。

《暗能量调查》将在2018年完成其观测，这将为科学家提供大量的观测数据和测量值，以供今后研究之用。同时，计划进行下一次重大调查以探究暗物质和暗能量的性质。Jeltema和其他一些UCSC物理学家和天文学家参与了目前正在智利建造的大型天气观测望远镜(LSST)的规划和设计工作。LSST的十年调查预计将于2022年开始。

杰尔特玛说：“我们正在建立一种新的望远镜，只是为了研究暗能量，我们正在测试我们可以将光学元件推多远。” “它将使我们能够以前所未有的方式观察事物随时间的变化。”

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