最大的宇宙三维地图揭示暗能量的秘密

一项大规模的宇宙调查揭示了宇宙中最神秘的方面之一——暗能量的新细节。有趣的是，当与其他观测结果相结合时，数据暗示暗能量（通常认为其密度会随时间保持恒定）可能会随着宇宙而演化。

未参与此项新研究的杜克大学物理学家丹尼尔·斯科尔尼克 (Daniel Scolnic) 表示，这一结果“给宇宙学界注入了强心剂”。

暗能量是一种看不见的谜团，它导致宇宙的膨胀随着时间的推移而加速，尽管它构成了宇宙的大部分内容，但人们对它的了解甚少。为了探索这个谜题，暗能量光谱仪 DESI 已经绘制了迄今为止最大的宇宙三维地图，研究人员在 4 月 4 日发表在《科学》杂志上的 10 篇论文中报告说德西网站，并且在在美国物理学会会议上的发言在加利福尼亚州萨克拉门托举行。通过分析地图上星系和其他物体的分布模式，科学家可以确定宇宙随时间膨胀的历史。

尽管这些数据与宇宙学家对宇宙的标准描述一致，但这些数据也表明，暗能量的状态方程（描述暗能量压力与其密度的关系）可能会随时间而变化。这意味着科学家理解宇宙历史的方式将发生剧变。

这项研究分析了该项目第一年的数据，绘制了 640 万个星系和类星体的位置图，这些星系和类星体是剧烈活动星系的超亮核心。得益于宇宙中存在的方便的尺寸参考，这张地图使科学家能够估计宇宙的膨胀速度。早期宇宙中的声波在宇宙物质的密度中建立了模式，称为重子声学振荡随着星系的形成，这些密度变化会持续存在，结果是星系更有可能以一个理想的距离彼此分离（日期：3/4/19）。这个距离就像一把尺子，随着宇宙的膨胀而被拉长。测量宇宙各个时期尺子的大小可以显示宇宙是如何膨胀的。

科学家将宇宙划分为七个时期，时间可追溯至 110 亿年前，并测量了宇宙随时间而膨胀的程度。较近的时间段对应于不同类型的星系。回顾宇宙更早的历史，星系发出的光变得太微弱。因此，科学家转向遥远的类星体，并测量氢气如何吸收类星体的光。

然后，DESI 科学家将他们的数据与标准宇宙学理论（称为 lambda CDM）进行了比较，在该理论中，暗能量的密度假定为随时间恒定。数据与 lambda CDM 图像非常吻合。但研究人员并没有止步于此。他们考虑了一种理论，在该理论中，暗能量的行为（即其状态方程）可以随时间变化。

仅凭 DESI 数据无法精确确定暗能量是如何演化的。因此，该团队将他们的数据与对超新星（爆炸的恒星）的研究相结合，以改进估计。与不变的暗能量相比，这些综合数据更适合演化的暗能量。根据研究人员使用的超新星数据集，该效应的显著性超过 3 西格玛。（在物理学中，5 西格玛被认为是发现的黄金标准；3 西格玛被认为是一个有趣的暗示。）“这肯定不是发现的水平，但绝对令人兴奋，”斯科尔尼克说。“我认为它并不像人们所期待的那样‘普通’。”

更多数据可能有助于澄清情况。加州劳伦斯伯克利国家实验室的 DESI 物理学家 Nathalie Palanque-Delabrouille 表示：“我们还将获得大量数据，这些数据将真正告诉我们看到的迹象是否得到证实。”DESI 科学家将收集五年的数据，最终编目 300 万个类星体和 3700 万个星系。

这些初步结果表明，DESI 科学家正在努力。匹兹堡大学的天体物理学家迈克尔·伍德-瓦西 (Michael Wood-Vasey) 表示，有了更多的数据，“他们真的可以实现他们设定的目标，即试图弄清楚暗能量是什么，试图弄清楚是否与 lambda CDM 有所偏差。”然而，目前，他对新物理学的潜在暗示并不感到震惊。“我有点保守，所以我不会对有关东西的暗示感到兴奋。”

宇宙学已经充满争议通过对哈勃常数的测量，可以计算出宇宙目前的膨胀速度（日期: 7/30/19）。不同的测量方法会产生相互冲突的结果。DESI 的测量结果无法解决哈勃常数张力问题。但如果科学家放弃他们的标准 lambda CDM 模型，哈勃常数的情况可能会发生变化。这是因为张力基于 lambda CDM 模型是正确的假设，DESI 合作者、波士顿大学物理学家 Dillon Brout 说。“这 ”可能会彻底打破 [哈勃] 张力。”