中國科學院國家天文台北京-亞利桑那巡天（BASS）團隊聯合暗能量光譜巡天（DESI）國際合作團隊發布了有史以來最大、最詳盡的宇宙三維天圖，打破了以往星系巡天的紀錄。這意味著，科學家構建三維宇宙又進了一步。

左圖為斯隆數字巡天（SDSS）巡天展示的三維宇宙切片，右圖為DESI在頭幾個月時間觀測的三維宇宙切片。圖中的每個點代表一個星系，地球位於中心位置，最遠距離的星系大約為100億光年。（國家天文台供圖，圖片來源為DESI國際合作項目）

2021年1月，BASS團隊聯合DESI團隊發布了巨幅宇宙二維天圖，覆蓋了兩萬平方度的天空，約為全天球面積的一半，容納了10萬億數碼像素，包含了20億天體，BASS團隊貢獻占到其中三分之一。

國家天文台研究員鄒虎告訴《中國科學報》，二維天圖只是DESI項目完成目標的第一步。“好比我們用照相機對著城市街道拍照得到一張平面的照片，只能初步判斷街道上每棟樓的大概方位，想要把這張照片升級成三維地圖，還需要對樓房與拍照者的距離進行測量。”他說。

對於天體之間的距離測量，通過光譜觀測得到“紅移”是全球科學家公認的技術路線。這是因為，近代天文觀測研究發現宇宙加速膨脹，那些遙遠的天體都在遠離地球，這讓它們所發出電磁輻射的波長在光譜上表現為譜線朝紅端移動了一段距離。“通過觀測與距離相關的’紅移’現象，可以反推得到天體的距離。”鄒虎介紹。

同時，天文學家認為，暗能量是驅動宇宙膨脹的力量，至今還是一個謎團。大規模星系的紅移測量不僅能夠準確刻畫出宇宙物質的三維分佈，還有望精確勾勒出暗能量對宇宙膨脹的影響。

為此，以揭示暗能量本質為目標的DESI項目自2015年起在美國國立基特峰天文台改造4米Mayall望遠鏡，並在主焦面上配置大視場（~8平方度）、多目標光纖（5000根）攝譜儀，以期觀測數千萬星系的紅移。

自二維天圖發布後，經過7個月的運行，科研人員按照科學目標，從20億天體挑選出一部分，通過觀測光譜“紅移”把二維天圖的一部分成功升級為三維天圖，包含了獲得了超過750萬星系的光譜。僅在2021年11月，DESI觀測了250萬個星系，其極高的觀測效率足以可見。

鄒虎介紹，這僅僅是開始，這些星系只佔DESI五年計劃的10%。按計劃，2026年DESI將獲得超過3500萬星系的光譜，使得我們能夠更好地理解宇宙膨脹和星系的形成及演化。“BASS巡天團隊持續深度參與了巡天觀測和數據分析，為DESI項目順利開展貢獻了團隊力量。”他說。

據了解，DESI已獲取了大量天體的光譜數據，等待天文學家的進一步分析。今年，BASS巡天團隊獲得國家自然科學基金重點國際合作項目的支持，以期基於DESI數據在星系形成和演化方面做出重要的研究成果，其中包括探測和研究極端貧金屬星系、矮星系和綠豆星係等稀有天體。