暗宇宙迄今最精确的整体观测结果发布

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翻译：贺玉影

校对：牧夫校对组

编排：胡暖暖

后台：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

布兰科望远镜的DECam观测到的子弹星系团中的碰撞星系团群，左上圆圈当中展示的是DECam。

关于宇宙膨胀及其背后的神秘驱动力——暗能量，科学家幸运地获得了前所未有的清晰认知。这项突破得益于对美国国家科学基金会布兰科望远镜所搭载的暗能量相机（DECam）六年的观测数据所作的分析。

团队分析了包含DES合作组从2013至2019年间、利用5.7亿像素的DECam对八分之一天区进行的758个夜晚的深空广域观测，记录了距地球数十亿光年外的6.69亿个星系信息的数据。

DES合作组包含来自7个国家、25个机构的400多名科学家，上图为部分成员合影。

此次分析是首次将四种独立研究暗能量的方法合为一体。研究结果把对暗能量性质的限制翻了一倍，这是揭示这种主宰宇宙的神秘力量本质的关键一步。

美国能源部科学办公室高能物理司副司长雷吉娜·拉梅卡在声明中表示：“深空探测计划的成果为我们理解宇宙及其膨胀机制提供了全新视角。这些发现证明，长期科研投入与多类型分析方法的结合，能够揭示宇宙最深奥的谜题。”

膨胀的问题

暗能量的最初迹象出现在1998年，当时两支独立的天文学家团队观测到遥远的超新星，发现它们离地球越远，远离地球的速度就越快。这一发现不仅证实了宇宙正如埃德温·哈勃一个世纪前所言正在膨胀，更令人震惊地揭示出这种膨胀正在加速。暗能量是为驱动这种加速的未知力量所起的暂定名称。在这一发现后的28年间，科学家们确定暗能量约占宇宙总能量与物质的68%。研究还发现，在138亿年的宇宙演化历程中，暗能量并非始终占据主导地位——其效应直到30亿至70亿年前才“启动”，并在大尺度上压倒了引力的吸引力。这些发现更凸显了理解暗能量本质的迫切性。

这项新分析除了考察宇宙结构和膨胀的其他三种探测手段外，还研究了一型超新星——正是这种超新星首次揭示了暗能量的存在。其他三种探测手段分别是：弱引力透镜——当背景光源的光线经过大质量天体时发生弯曲的现象，星系成团 ，以及所谓的重子声学振荡——这种早期宇宙的密度波动源于大爆炸后约38万年间冻结在空间中的压力波。

NOIRLab的DES合作成员张媛媛（音译）表示，“看到基于全部数据、且运用DES计划中的全部四种探测手段得出的结果，心情太棒了！DES刚开始收集数据时，这种事我只敢想想，如今梦想成了真。”

利用DECam提供的数据和上述技术，DES团队重建了过去60亿年宇宙史上的物质分布。随后，他们将这些结果与两种主流宇宙模型进行了对比。其一是宇宙学标准模型，即Lambda冷暗物质模型（ΛCDM），该模型中暗能量随时间保持稳定；其二是扩展模型（wCDM），允许暗能量随时间演化。 DES结果既与ΛCDM模型高度吻合，也完美契合wCDM模型。

但新发现揭示了一个与两种宇宙模型均存在偏差的关键参数：即基于早期宇宙观测数据预测的现代宇宙物质聚集体分布模式。这些发现不仅证实现代星系的聚集体分布模式与ΛCDM和wCDM模型的预测均不符，而且观测结果与理论预测的差异更为显著。

DES的下一步计划是将DECam数据与近期落成的薇拉·鲁宾天文台观测到的约200亿个星系相结合，该天文台即将启动为期十年的时空遗珍巡天（LSST）。这将为我们呈现更清晰的宇宙演化图景与暗能量本质。美国国家科学基金会项目主任克里斯·戴维斯表示：“DES项目具有变革性意义，而鲁宾天文台将引领我们更进一步。鲁宾对南天球史无前例的观测将为引力理论提供全新检验手段，并揭示暗能量的奥秘。”

该团队的研究成果已提交至《物理评论D》期刊，并发布于论文预印本平台arXiv。

责任编辑：郭皓存

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