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翻譯：賀玉影

校對：牧夫校對組

編排：胡暖暖

后臺：朱宸宇

https://www.space.com/astronomy/dark-universe/scientists-just-got-the-clearest-picture-of-the-dark-universe-yet-now-the-dream-has-come-true

布蘭科望遠(yuǎn)鏡的DECam觀測到的子彈星系團(tuán)中的碰撞星系團(tuán)群，左上圓圈當(dāng)中展示的是DECam。

關(guān)于宇宙膨脹及其背后的神秘驅(qū)動力——暗能量，科學(xué)家幸運(yùn)地獲得了前所未有的清晰認(rèn)知。這項突破得益于對美國國家科學(xué)基金會布蘭科望遠(yuǎn)鏡所搭載的暗能量相機(jī)（DECam）六年的觀測數(shù)據(jù)所作的分析。

團(tuán)隊分析了包含DES合作組從2013至2019年間、利用5.7億像素的DECam對八分之一天區(qū)進(jìn)行的758個夜晚的深空廣域觀測，記錄了距地球數(shù)十億光年外的6.69億個星系信息的數(shù)據(jù)。

DES合作組包含來自7個國家、25個機(jī)構(gòu)的400多名科學(xué)家，上圖為部分成員合影。

此次分析是首次將四種獨(dú)立研究暗能量的方法合為一體。研究結(jié)果把對暗能量性質(zhì)的限制翻了一倍，這是揭示這種主宰宇宙的神秘力量本質(zhì)的關(guān)鍵一步。

美國能源部科學(xué)辦公室高能物理司副司長雷吉娜·拉梅卡在聲明中表示：“深空探測計劃的成果為我們理解宇宙及其膨脹機(jī)制提供了全新視角。這些發(fā)現(xiàn)證明，長期科研投入與多類型分析方法的結(jié)合，能夠揭示宇宙最深奧的謎題?！?/p>

膨脹的問題

暗能量的最初跡象出現(xiàn)在1998年，當(dāng)時兩支獨(dú)立的天文學(xué)家團(tuán)隊觀測到遙遠(yuǎn)的超新星，發(fā)現(xiàn)它們離地球越遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離地球的速度就越快。這一發(fā)現(xiàn)不僅證實(shí)了宇宙正如埃德溫·哈勃一個世紀(jì)前所言正在膨脹，更令人震驚地揭示出這種膨脹正在加速。暗能量是為驅(qū)動這種加速的未知力量所起的暫定名稱。在這一發(fā)現(xiàn)后的28年間，科學(xué)家們確定暗能量約占宇宙總能量與物質(zhì)的68%。研究還發(fā)現(xiàn)，在138億年的宇宙演化歷程中，暗能量并非始終占據(jù)主導(dǎo)地位——其效應(yīng)直到30億至70億年前才“啟動”，并在大尺度上壓倒了引力的吸引力。這些發(fā)現(xiàn)更凸顯了理解暗能量本質(zhì)的迫切性。

這項新分析除了考察宇宙結(jié)構(gòu)和膨脹的其他三種探測手段外，還研究了一型超新星——正是這種超新星首次揭示了暗能量的存在。其他三種探測手段分別是：弱引力透鏡——當(dāng)背景光源的光線經(jīng)過大質(zhì)量天體時發(fā)生彎曲的現(xiàn)象，星系成團(tuán) ，以及所謂的重子聲學(xué)振蕩——這種早期宇宙的密度波動源于大爆炸后約38萬年間凍結(jié)在空間中的壓力波。

NOIRLab的DES合作成員張媛媛（音譯）表示，“看到基于全部數(shù)據(jù)、且運(yùn)用DES計劃中的全部四種探測手段得出的結(jié)果，心情太棒了！DES剛開始收集數(shù)據(jù)時，這種事我只敢想想，如今夢想成了真。”

利用DECam提供的數(shù)據(jù)和上述技術(shù)，DES團(tuán)隊重建了過去60億年宇宙史上的物質(zhì)分布。隨后，他們將這些結(jié)果與兩種主流宇宙模型進(jìn)行了對比。其一是宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型，即Lambda冷暗物質(zhì)模型（ΛCDM），該模型中暗能量隨時間保持穩(wěn)定；其二是擴(kuò)展模型（wCDM），允許暗能量隨時間演化。 DES結(jié)果既與ΛCDM模型高度吻合，也完美契合wCDM模型。

但新發(fā)現(xiàn)揭示了一個與兩種宇宙模型均存在偏差的關(guān)鍵參數(shù)：即基于早期宇宙觀測數(shù)據(jù)預(yù)測的現(xiàn)代宇宙物質(zhì)聚集體分布模式。這些發(fā)現(xiàn)不僅證實(shí)現(xiàn)代星系的聚集體分布模式與ΛCDM和wCDM模型的預(yù)測均不符，而且觀測結(jié)果與理論預(yù)測的差異更為顯著。

DES的下一步計劃是將DECam數(shù)據(jù)與近期落成的薇拉·魯賓天文臺觀測到的約200億個星系相結(jié)合，該天文臺即將啟動為期十年的時空遺珍巡天（LSST）。這將為我們呈現(xiàn)更清晰的宇宙演化圖景與暗能量本質(zhì)。美國國家科學(xué)基金會項目主任克里斯·戴維斯表示：“DES項目具有變革性意義，而魯賓天文臺將引領(lǐng)我們更進(jìn)一步。魯賓對南天球史無前例的觀測將為引力理論提供全新檢驗(yàn)手段，并揭示暗能量的奧秘?！?/p>

該團(tuán)隊的研究成果已提交至《物理評論D》期刊，并發(fā)布于論文預(yù)印本平臺arXiv。

責(zé)任編輯：郭皓存

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