暗能量光譜儀（DESI）為了解過去110億年的宇宙結構做出了重大貢獻，在宇宙尺度上證實了愛因斯坦的廣義相對論。透過對近600萬個星系和類星體進行廣泛的數據分析，DESI對宇宙結構的成長、中微子的質量以及暗物質和能量的分佈提供了新的見解。 隨著DESI繼續收集數據，人們對揭示更多有關暗能量和宇宙膨脹的演變本質寄予厚望。

利用DESI進行宇宙成長和引力測試

引力塑造了我們今天看到的宇宙。 萬有引力將早期宇宙中物質數量的微小差異轉化為星系團和充滿太空的結構。 一項開創性的研究利用暗能量光譜儀（DESI）的數據繪製出了這種宇宙結構在過去110億年中的成長過程，從而對巨大尺度上的引力進行了有史以來最精確的測試。

在能源部勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）的協調下，來自70 多個機構的900 多名研究人員參與了DESI 的全球性工作。 這項研究證實，萬有引力的行為與愛因斯坦廣義相對論的預測完全一致，從而加強了目前的宇宙模型。 這些發現也對修正引力的替代理論提出了更嚴格的限制，科學家已經探索過這些理論來解釋宇宙加速膨脹等現象，這些現象通常與暗能量有關。

這種模擬顯示了引力的增減如何影響我們觀測到的星系的位置，從而改變星系在星系圖中的聚集方式。 由於不同的引力模型會預測不同的星系聚類，DESI的研究人員可以將觀測結果與模擬結果進行比較，以測試宇宙尺度上的引力。 資料來源：Claire Lamman 和Michael Rashkovetskyi / DESI 合作項目

在宇宙尺度上驗證愛因斯坦理論

法國國家科學研究中心（CNRS）核與高能物理實驗室（LPNHE）的宇宙學家保利娜-扎魯克（Pauline Zarrouk）說：「廣義相對論已經在太陽系尺度上得到了很好的驗證，但我們還需要驗證我們的假設是否能在更大的尺度上發揮作用。 “

這項研究也為中微子的質量提供了新的上限，中微子是唯一一種質量尚未被精確測量的基本粒子。 先前的中微子實驗發現，三種中微子的質量總和至少應為0.059 eV/c2。 (作為比較，電子的質量約為511，000 eV/c2）。 DESI的結果表明，總和應該小於0.071 eV/c2，這為中微子質量留下了一個狹窄的視窗。

圖為2023年雙子座流星雨期間，DESI從梅奧爾望遠鏡觀測天空。 資料來源：KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. 斯帕克斯（美國國家科學基金會NOIRLab）

利用DESI 數據進行進階分析

DESI合作小組在多篇論文中分享了他們的研究成果，這些論文今天發佈在線上資料庫arXiv上。 這項複雜的分析使用了近600萬個星系和類星體，讓研究人員看到了長達110億年的過去。 僅用一年的數據，DESI就對結構的成長進行了最精確的總體測量，超越了以往需要數十年才能完成的工作。

今年4月，DESI繪製了迄今為止最大的宇宙三維地圖，並揭示了暗能量可能隨時間演變的蛛絲馬跡。 四月份的分析結果研究了星系集群的一個特殊特徵，即重子聲振盪（BAO）。 新的分析被稱為”全形分析”，它擴大了分析範圍，從數據中提取更多信息，測量星系和物質如何在整個空間的不同尺度上分佈。 這項研究需要數月的額外工作和交叉檢查。 與前一項研究一樣，這項研究也使用了一種技術，在研究結束前向科學家隱瞞研究結果，以減少任何無意識的偏見。

密西根大學教授、DESI解讀宇宙學資料小組的共同負責人德拉甘-胡特爾（Dragan Huterer）說：「我們的BAO結果和全形分析都非常精彩。這是DESI 首次研究宇宙結構的成長。我們展示了探測修正引力和改進暗能量模型約束的巨大新能力。

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、科羅拉多大學博爾德分校和DESI 合作項目

洞察暗物質，展望未來

DESI是一台最先進的儀器，可以同時捕捉5000個星系的光。 它的建造和運作得到了能源部科學辦公室的資助。 DESI安裝在美國國家科學基金會位於基特峰國家天文台的尼古拉斯-U-馬約爾4米望遠鏡上（美國國家科學基金會NOIRLab的一個專案）。 目前，該實驗已進入五年勘測天空的第四年，計劃在計畫結束時收集約4,000萬個星系和類星體。

該合作計畫目前正在分析前三年收集到的數據，預計2025年春季公佈對暗能量和宇宙膨脹歷史的最新測量結果。 DESI今天發布的擴展結果與實驗早期傾向於不斷演化的暗能量是一致的，這讓人們對即將進行的分析更加期待。

暗能量光譜儀在2022 年對夜空成像。 資料來源：KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/T. 斯洛文斯基

柏克萊實驗室和加州大學柏克萊分校的博士生馬克-毛斯（Mark Maus）說：「暗物質約佔宇宙的四分之一，暗能量佔另外的70%，而我們並不真正知道這兩者是什麼。 “我們可以拍攝宇宙照片，解決這些重大的基本問題，這種想法令人振奮。

DESI得到了能源部科學辦公室和國家能源研究科學計算中心的支持，後者是能源部科學辦公室的使用者設施。 美國國家科學基金會、英國科技設施委員會、戈登和貝蒂-摩爾基金會、海辛-西蒙斯基金會、法國替代能源和原子能委員會（CEA）、墨西哥國家人文、科學和技術委員會、西班牙科學和創新部以及DESI成員機構也為DESI提供了額外支援。

聯合國永續發展教育十年」合作計畫很榮幸能夠獲准在I’oligam Du’ag（基特峰）上進行科學研究。

編譯自/ ScitechDaily