安裝在亞利桑那州一架望遠鏡上的暗能量光譜儀（DESI）繪製了最大的宇宙三維地圖，測繪了3000多萬個星系和300萬個類星體。這項由900 多名研究人員合作完成的艱鉅任務有助於我們了解宇宙的膨脹和暗能量的作用。

DESI繪製了迄今為止最大的宇宙三維地圖。地球位於這張完整地圖的薄片中心。在放大的部分，很容易看到我們宇宙中物質的底層結構。圖片來源：Claire Lamman/DESI合作；cmastro客製化的彩色地圖軟體包

我們現在擁有了有史以來最大的宇宙三維地圖，這要歸功於安裝在亞利桑那州一架望遠鏡頂端的一台功能強大的儀器，它擁有一個由5000只光纖”眼睛”組成的機器人陣列，可以觀察夜空。在過去的五年裡，暗能量光譜儀–在科學界被稱為DESI–測量了3000多萬個星系和300萬顆類星體的光譜，以確定宇宙在110億年裡的膨脹速度。

DESI的宣布是一項正在進行的國際合作的成果，該合作由來自70多個機構的900多名研究人員組成，其中包括在該計畫中發揮領導作用的加州大學聖克魯茲分校的天文學家。

然而，儘管這個消息很重大，但他們說這只是個開始。

暗能量光譜儀（DESI）安裝在基特峰國家天文台的美國國家科學基金會尼古拉斯-U-梅耶爾4 公尺望遠鏡上。資料來源：KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P.Marenfeld

開創性發現與未來願景

加州大學聖克魯茲分校天文學和天體物理學系副教授阿列克西-萊奧豪德（Alexie Leauthaud）說：”如果第一年數據集中暗示的趨勢在第三年的分析中得到證實，這將是一個重大發現。

從七月開始，Leauthaud 將擔任這項工作的發言人–其中包括牽頭組織者的職責–因此她完全有能力提供最新資訊。加州大學聖克魯斯分校的其他合作教授包括天文學與天體物理學教授康妮-羅科西（Connie Rockosi）和J. 澤維爾-普羅查斯卡（J. Xavier Prochaska）。

洛科西領導了基特峰國家天文台4 米梅耶爾望遠鏡的儀器調試工作，她現在的角色是儀器科學家，幫助儀器保持最佳運作狀態。此外，加州大學聖克魯茲分校的本科生、研究生和博士後組成的”傑出團隊”也功不可沒，他們一直積極參與該項目，定期前往亞利桑那州的望遠鏡幫助觀測。

揭開暗能量的神秘面紗

正如DESI所在的勞倫斯伯克利國家實驗室在一份公告中解釋的那樣：”了解我們的宇宙是如何進化的，這與它的終結方式息息相關，也與物理學中最大的謎團之一有關：暗能量，一種導致我們的宇宙膨脹得越來越快的未知成分”。

這是科學家第一次以優於1%的精度測量年輕宇宙的膨脹歷史–讓我們對宇宙是如何演化的有了最好的認識。研究人員在多篇論文中分享了他們對第一年所收集數據的分析，這些論文將於今天發佈在arXiv 上，研究人員也在美國物理學會會議和義大利莫里昂德會議上發表了演講。

在這段360度影片中，您可以利用DESI的座標數據，在數百萬個星系中進行互動式飛行。資料來源：菲斯克天文館、中大博爾德分校和DESI 合作項目

斯文-海登里奇（Sven Heydenreich）是加州大學聖克魯茲分校的博士後研究學者，他在DESI身兼數職：擔任早期職業科學家委員會委員，利用儀器進行星系間測量，並共同領導一個工作組，預測DESI任務可能延續的不同方案。

「我們的目標是測量DESI星系如何彎曲和扭曲來自其背後更遙遠星系的光線，這種效應被稱為引力透鏡效應，」海登里希說，他於2023年底在基特峰現場工作了一周。 “這些測量結果對於分析星系如何受到其周圍暗物質分佈的影響至關重要。此外，這些結果還將有助於提高我們對描述我們當前宇宙組成和演化模型的參數的理解”。

11 噸重的”時光機”

DESI的組件設計用於自動對準預先選定的一組星系，收集它們的光線，然後將這些光線分割成狹窄的色帶，以精確繪製它們與地球的距離圖，並測量這些光線到達地球時宇宙膨脹了多少。在理想條件下，DESI 每20 分鐘就可以循環觀測一組新的5000 個星系。

在過去的五年裡，DESI反覆測繪了天空三分之一區域內數以百萬計的星系和類星體的距離，讓我們對暗能量和宇宙的歷史有了更多的了解。我們目前的理解是，引力減緩了早期宇宙的膨脹速度，但暗能量卻加速了宇宙的膨脹。

DESI對全部110億年膨脹歷史的整體精度為0.5%，最遙遠的紀元–涵蓋過去的80-110億年–精度達到創紀錄的0.82%。對我們年輕的宇宙進行這樣的測量是非常困難的。然而，在一年之內，DESI測量早期宇宙膨脹歷史的能力已經是其前身（斯隆數位巡天的BOSS/eBOSS）的兩倍。

透過觀察DESI的地圖，我們不難發現宇宙的基本結構：星系簇擁在一起，被天體較少的空洞隔開。在DESI的視野之外，我們的早期宇宙則完全不同：那是一鍋由亞原子粒子組成的炙熱而濃稠的湯，它們的運動速度太快，以至於無法形成像我們今天所知的原子那樣的穩定物質。這些粒子包括氫核和氦核，統稱為重子。

這種早期電離等離子體中的微小波動引起了壓力波，使重子移動成波紋狀，就像你把一把碎石扔進池塘裡所看到的一樣。隨著宇宙的膨脹和冷卻，中性原子形成了，壓力波停止了，將漣漪凝固在三維空間中，並使未來的星系越來越多地聚集在高密度區域。數十億年後，我們仍然可以在星系分離的特徵中看到這種微弱的三維漣漪或氣泡圖案–這種特徵被稱為重子聲振盪（BAOs）。

這段動畫展示了重子聲波振盪如何充當測量宇宙膨脹的宇宙尺。資料來源：克萊爾-拉曼/DESI 合作和珍妮-努斯/伯克利實驗室

研究人員利用BAO 測量結果作為宇宙標尺。透過測量這些氣泡的表觀大小，他們可以確定天空中這種極其微弱圖案的物質的距離。透過對BAO 氣泡遠近的測繪，研究人員可以將數據切成小塊，測量宇宙在過去每個時間段的膨脹速度，並模擬暗能量對膨脹的影響。

俄亥俄大學教授、DESI BAO 分析聯合負責人徐熙鐘（音譯）說：”我們測量了這一巨大宇宙時間範圍內的膨脹歷史，其精確度超過了之前所有BAO 勘測的總和。我們很高興了解這些新的測量結果將如何改善和改變我們對宇宙的認識。

編譯來源：ScitechDaily