研究人员在我们宇宙的“后院”发现了一种新的测量暗能量的方法——暗能量是构成宇宙三分之二以上的神秘力量，也是导致宇宙加速膨胀的原因。
来自剑桥大学的研究团队发现，通过研究仙女座星系，可以有效探测和测量暗能量。仙女座星系是我们银河系的邻居，正与银河系缓慢碰撞。
自上世纪90年代末首次发现暗能量以来，科学家们一直依赖非常遥远的星系进行研究，但尚未直接探测到暗能量。然而，剑桥大学的研究人员发现，通过分析仙女座星系与银河系在其集体质量下的相互运动，他们能够为宇宙常数的值设定一个上限，这是暗能量最简单的模型。他们发现的上限是早期宇宙中可探测的宇宙常数值的五倍。
尽管这项技术仍在发展中，研究人员表示，通过研究我们宇宙的邻居，有可能探测到暗能量。研究结果已发表在《天体物理学杂志通讯》上。
在我们的世界和天空中，所有可见的事物——从微小的昆虫到巨大的星系——仅占可观测宇宙的5%。其余部分是黑暗的：科学家们认为，宇宙中约27%是由暗物质构成的，暗物质使物体聚集在一起，而68%是由暗能量构成的，暗能量则使物体分开。
该研究的第一作者、大卫·贝尼斯蒂博士表示：“暗能量是多个模型的统称，可以将其添加到爱因斯坦的引力理论中。”他补充道：“最简单的版本被称为宇宙常数：一个恒定的能量密度，使星系彼此远离。”
宇宙常数是爱因斯坦在其广义相对论中临时添加的。从20世纪30年代到90年代，宇宙常数被设定为零，直到人们发现一种未知的力量——暗能量——正在导致宇宙加速膨胀。然而，暗能量至少存在两个主要问题：我们不知道它究竟是什么，也没有直接探测到它。
自暗能量首次被发现以来，天文学家们开发了多种方法来探测暗能量，大多数方法涉及研究早期宇宙中的物体，并测量它们远离我们的速度。解开数十亿年前暗能量的影响并不容易：因为它是星系之间的一种微弱力量，暗能量很容易被星系内部更强大的力量所克服。
然而，宇宙中有一个区域对暗能量异常敏感，正是在我们自己的宇宙后院。仙女座星系是离银河系最近的星系，这两个星系正处于碰撞轨道上。随着它们的接近，这两个星系将开始彼此绕轨道运行——非常缓慢。一个完整的轨道需要200亿年。然而，由于巨大的引力，在一个轨道完成之前，大约50亿年后，两个星系将开始合并并相互碰撞。
“仙女座星系是唯一一个没有远离我们的星系，因此通过研究它的质量和运动，我们可能能够获取一些关于宇宙常数和暗能量的信息，”贝尼斯蒂说，他也是皇后学院的研究助理。
贝尼斯蒂和他的合著者——DAMTP的安妮·戴维斯教授和天文学研究所的温·埃文斯教授——基于对两个星系质量的最佳估计进行了多次模拟，发现暗能量正在影响仙女座星系和银河系的相互轨道。
“暗能量影响每一对星系：引力试图将星系拉在一起，而暗能量则将它们分开，”贝尼斯蒂说。“在我们的模型中，如果我们改变宇宙常数的值，我们可以观察到这如何改变两个星系的轨道。根据它们的质量，我们可以为宇宙常数设定一个上限，这个上限大约是我们从宇宙其他部分测量到的上限的五倍。”
研究人员表示，尽管这项技术可能非常有价值，但它仍无法直接探测到暗能量。来自詹姆斯·韦伯望远镜（JWST）的数据将提供仙女座星系质量和运动的更精确测量，这将有助于降低宇宙常数的上限。
此外，通过研究其他星系对，有可能进一步完善这项技术，并确定暗能量如何影响我们的宇宙。“暗能量是宇宙学中最大的谜题之一，”贝尼斯蒂说。“它的影响可能会随着距离和时间而变化，但我们希望这项技术能帮助解开这个谜团。”
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