暗宇宙迄今最精確的整體觀測結果發(fā)布

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翻譯：賀玉影

校對：牧夫校對組

編排：胡暖暖

后臺：朱宸宇

https://www.space.com/astronomy/dark-universe/scientists-just-got-the-clearest-picture-of-the-dark-universe-yet-now-the-dream-has-come-true

布蘭科望遠鏡的DECam觀測到的子彈星系團中的碰撞星系團群，左上圓圈當中展示的是DECam。

關于宇宙膨脹及其背后的神秘驅(qū)動力——暗能量，科學家幸運地獲得了前所未有的清晰認知。這項突破得益于對美國國家科學基金會布蘭科望遠鏡所搭載的暗能量相機（DECam）六年的觀測數(shù)據(jù)所作的分析。

團隊分析了包含DES合作組從2013至2019年間、利用5.7億像素的DECam對八分之一天區(qū)進行的758個夜晚的深空廣域觀測，記錄了距地球數(shù)十億光年外的6.69億個星系信息的數(shù)據(jù)。

DES合作組包含來自7個國家、25個機構的400多名科學家，上圖為部分成員合影。

此次分析是首次將四種獨立研究暗能量的方法合為一體。研究結果把對暗能量性質(zhì)的限制翻了一倍，這是揭示這種主宰宇宙的神秘力量本質(zhì)的關鍵一步。

美國能源部科學辦公室高能物理司副司長雷吉娜·拉梅卡在聲明中表示：“深空探測計劃的成果為我們理解宇宙及其膨脹機制提供了全新視角。這些發(fā)現(xiàn)證明，長期科研投入與多類型分析方法的結合，能夠揭示宇宙最深奧的謎題。”

膨脹的問題

暗能量的最初跡象出現(xiàn)在1998年，當時兩支獨立的天文學家團隊觀測到遙遠的超新星，發(fā)現(xiàn)它們離地球越遠，遠離地球的速度就越快。這一發(fā)現(xiàn)不僅證實了宇宙正如埃德溫·哈勃一個世紀前所言正在膨脹，更令人震驚地揭示出這種膨脹正在加速。暗能量是為驅(qū)動這種加速的未知力量所起的暫定名稱。在這一發(fā)現(xiàn)后的28年間，科學家們確定暗能量約占宇宙總能量與物質(zhì)的68%。研究還發(fā)現(xiàn)，在138億年的宇宙演化歷程中，暗能量并非始終占據(jù)主導地位——其效應直到30億至70億年前才“啟動”，并在大尺度上壓倒了引力的吸引力。這些發(fā)現(xiàn)更凸顯了理解暗能量本質(zhì)的迫切性。

這項新分析除了考察宇宙結構和膨脹的其他三種探測手段外，還研究了一型超新星——正是這種超新星首次揭示了暗能量的存在。其他三種探測手段分別是：弱引力透鏡——當背景光源的光線經(jīng)過大質(zhì)量天體時發(fā)生彎曲的現(xiàn)象，星系成團 ，以及所謂的重子聲學振蕩——這種早期宇宙的密度波動源于大爆炸后約38萬年間凍結在空間中的壓力波。

NOIRLab的DES合作成員張媛媛（音譯）表示，“看到基于全部數(shù)據(jù)、且運用DES計劃中的全部四種探測手段得出的結果，心情太棒了！DES剛開始收集數(shù)據(jù)時，這種事我只敢想想，如今夢想成了真。”

利用DECam提供的數(shù)據(jù)和上述技術，DES團隊重建了過去60億年宇宙史上的物質(zhì)分布。隨后，他們將這些結果與兩種主流宇宙模型進行了對比。其一是宇宙學標準模型，即Lambda冷暗物質(zhì)模型（ΛCDM），該模型中暗能量隨時間保持穩(wěn)定；其二是擴展模型（wCDM），允許暗能量隨時間演化。 DES結果既與ΛCDM模型高度吻合，也完美契合wCDM模型。

但新發(fā)現(xiàn)揭示了一個與兩種宇宙模型均存在偏差的關鍵參數(shù)：即基于早期宇宙觀測數(shù)據(jù)預測的現(xiàn)代宇宙物質(zhì)聚集體分布模式。這些發(fā)現(xiàn)不僅證實現(xiàn)代星系的聚集體分布模式與ΛCDM和wCDM模型的預測均不符，而且觀測結果與理論預測的差異更為顯著。

DES的下一步計劃是將DECam數(shù)據(jù)與近期落成的薇拉·魯賓天文臺觀測到的約200億個星系相結合，該天文臺即將啟動為期十年的時空遺珍巡天（LSST）。這將為我們呈現(xiàn)更清晰的宇宙演化圖景與暗能量本質(zhì)。美國國家科學基金會項目主任克里斯·戴維斯表示：“DES項目具有變革性意義，而魯賓天文臺將引領我們更進一步。魯賓對南天球史無前例的觀測將為引力理論提供全新檢驗手段，并揭示暗能量的奧秘。”

該團隊的研究成果已提交至《物理評論D》期刊，并發(fā)布于論文預印本平臺arXiv。

責任編輯：郭皓存

牧夫新媒體編輯部

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