阿爾伯特-愛因斯坦（Albert Einstein）對萬有引力的預測已被國際研究小組證實，該小組探索了這一基本力如何在宇宙尺度上運作。包括朴茨茅斯大學天文物理學家在內的科學家利用暗能量光譜儀（DESI）繪製了近600萬個星系在長達110億年的聚類圖。他們對DESI第一年數據的詳細分析是在如此巨大的尺度上對愛因斯坦廣義相對論進行的最嚴格的測試之一，為了解引力如何塑造宇宙提供了至關重要的見解。

阿爾伯特-愛因斯坦（Albert Einstein）關於萬有引力如何作用的預言在宇宙尺度上得到了驗證。

• 一個國際研究小組研究了萬有引力在宇宙尺度上的作用，他們的研究支持了阿爾伯特-愛因斯坦關於萬有引力作用方式的預言。
• 暗能量光譜儀（DESI）的研究人員發現，星系集群的方式與我們的標準引力模型和愛因斯坦廣義相對論的預測是一致的。
• DESI第一年數據的複雜分析為廣義相對論和引力在宇宙尺度上的表現提供了迄今為止最嚴格的測試之一。
• 透過觀察星系及其在整個時間段內的聚集情況，可以揭示宇宙結構是如何成長的，這使得DESI能夠檢驗修正重力理論–這是宇宙加速膨脹的另一種解釋。
• DESI由美國能源部（DOE）勞倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）管理。 英國參與DESI 的機構包括：朴茨茅斯大學（University of Portsmouth）、杜倫大學（Durham University）和倫敦大學學院（UCL），以及劍橋大學、愛丁堡大學、聖安德魯斯大學、蘇塞克斯大學和華威大學的研究人員。

宇宙膨脹結構分析

透過研究星系如何隨著時間的推移而聚集，研究人員發現了揭示宇宙結構如何演變的模式。

這使得DESI的科學家們能夠檢驗修正重力理論–這是宇宙加速膨脹的另一種解釋，通常歸因於暗能量。

他們發現，星系聚集的方式符合我們的標準引力模型和愛因斯坦的預測。

這結果驗證了宇宙的主要模型，並限制了可能的修正重力理論，這些理論被提出來作為解釋宇宙膨脹等意外觀測的替代方法。

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Nicholas U. Mayall 4 公尺望遠鏡上，該天文台是美國國家科學基金會NOIRLab 的一個計畫。 資料來源：KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld

研究合作與見解

英國多所大學參與了DESI的最新研究成果，包括朴茨茅斯大學、杜倫大學和倫敦大學學院。

今天，DESI合作團隊在線上資料庫arXiv上發布了多篇論文，分享了他們的研究成果。

由朴茨茅斯大學宇宙學與重力研究所副教授塞沙德里-納達圖爾（Seshadri Nadathur）博士領導的小組進行了新的分析。

納達圖爾博士說：”我們透過DESI收集到的數據讓我們能夠測量星系如何聚集在一起的微妙模式。真正令人興奮的是，我們不僅可以利用這些模式來測量宇宙膨脹的速度，甚至還可以檢驗我們對引力本身的理解！

探索基礎物理學問題

朴茨茅斯大學博士生內森-芬德利（Nathan Findlay）也領導了部分工作，對分析中的一些不確定性進行量化。 他說:”我們可以透過DESI的這些資料來了解暗物質、暗能量、宇宙的歷史和命運，甚至是正確的萬有引力理論–所有這些物理學中的基本問題–這真是令人難以置信。能夠參與其中，我感到非常興奮。

在宇宙學尺度上測試重力

法國國家科學研究中心（CNRS）核子與高能物理實驗室（LPNHE）的宇宙學家Pauline Zarrouk 博士是這項新分析的共同負責人。

扎魯克博士曾是杜倫大學計算宇宙學研究所的博士後研究員，現在是該研究所的學術訪問學者：”廣義相對論已經在太陽系的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在更大的尺度上有效。

“研究星系形成的速度可以讓我們直接檢驗我們的理論，到目前為止，我們與廣義相對論在宇宙學尺度上的預測是一致的”。

中微子質量與星系聚類

由杜倫大學研究人員威廉-埃爾伯斯博士（Willem Elbers）和卡洛斯-弗倫克教授（Carlos Frenk）共同領導的對DESI數據的詳細分析，為中微子的品質提供了新的上限。

中微子對星系聚類模式的影響微乎其微，但這可以透過DESI資料的質量來測量。 中微子實驗室實驗為中微子質量設定了一個下限；值得注意的是，DESI中的星系分佈為這個質量設定了一個上限，這個上限現在非常接近下限，其值約為電子質量的千萬分之一。

杜倫大學是DESI合作計畫的重要成員之一，同時也設計並建造了光纖系統，將光線輸送到DESI的光譜儀上。 杜倫大學的科學家也對宇宙進行了超級電腦模擬，這對解讀DESI的數據至關重要。

DESI 團隊成員、杜倫大學計算宇宙學研究所的卡洛斯-弗倫克（Carlos Frenk）教授說：”廣義相對論是物理學中最優雅、最深刻的理論之一。宇宙似乎符合它的戒律，這確實了不起，證明了愛因斯坦的才華，也證明了那些設計出方法來檢驗它的天文學家的才華。

“同樣令人矚目的是，DESI為中微子質量這一長期未解之謎帶來了啟示。 這些微小的基本粒子質量非常小，但它們共同產生的引力卻影響著星系在太空中的移動和聚集。

DESI對物理學和宇宙學的貢獻

DESI包含5000個光纖”眼睛”，每個”眼睛”可以在20分鐘內收集一個星系的​​光線。 倫敦大學洛杉磯分校的研究人員也是DESI合作計畫的重要成員之一，他們幫助設計、組裝和建造了DESI的光學校正器–六個透鏡，最大的直徑達1.1米，將光線聚焦到”眼睛”上。

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，測量星系和物質在整個空間不同尺度上的分佈情況。

與先前的研究一樣，今天的研究結果採用了一種技術，直到最後才向科學家公佈結果，從而減少了任何無意識的偏見。

有關這一發現的更多信息

DESI是一台尖端儀器，能夠同時捕捉5000個星系的光。 它由美國能源部科學辦公室資助設計、建造和運作。

DESI位於亞利桑那州，安裝在基特峰國家天文台的尼古拉斯-U-馬約爾4米望遠鏡上，是美國國家科學基金會NOIRLab計畫的一部分。 DESI是一項為期五年的調查項目，目前已進入第四年，目標是在計畫結束前收集約4000萬個星系和類星體的數據。

合作小組目前正在分析調查前三年收集到的數據，並計劃在2025年春季之前發布有關暗能量和宇宙膨脹歷史的最新測量結果。 今天的擴展結果與早先暗示暗能量正在演變的發現相一致，進一步增強了人們對下一階段分析的期望。

DESI的合作者們深知，他們的研究是在Iolkam Du’ag（基特峰）上進行的，而基特峰對托霍諾-奧德漢姆族（Tohono O’odham）具有深遠的文化意義。

編譯自/ ScitechDaily