“宇宙永远不会停止让我们感到惊奇和惊喜。”

暗能量光谱仪 （DESI） 的新结果表明，加速宇宙膨胀的未知力量并不是我们认为的那样。这暗示了我们关于宇宙演化的最佳理论，即宇宙学的标准模型，可能是错误的。

新发布的 DESI 数据来自其前三年的观测数据，因为该仪器安装在基特峰国家天文台的 Nicholas U. Mayall 4 米望远镜上，继续构建有史以来最大的宇宙 3D 地图。到 DESI 明年完成其五年任务时，该仪器将测量来自大约 5000 万个星系和黑洞动力类星体的光，以及超过 1000 万颗恒星的星光。

DESI 能够同时捕获来自 5,000 个星系的光，这使其成为进行足够大的调查以研究暗能量特性的理想工具。这项新的分析侧重于 DESI 观测前三年的数据，包括近 1500 万个测量效果最好的星系和类星体。

宇宙从未停止让我们感到惊奇和惊喜，”DESI 项目科学家 Arjun Dey 在一份声明中说。“通过以前所未有的方式揭示我们宇宙结构中不断发展的纹理，DESI 和 Mayall 望远镜正在改变我们对宇宙和自然本身未来的理解。”

暗能量是宇宙中导致时空结构越来越快地膨胀，不断以更快的速度将星系推开的任何方面的占位符名称。

它被认为占宇宙物质和能量的 70% 左右。被称为暗物质的神秘“物质”占另外 25%，而由恒星、行星、卫星、我们的身体和隔壁猫组成的普通物质只占 5%。从本质上讲，我们对宇宙的了解，包括所有的化学和生物学，都包含在那 5% 中！

目前对暗能量身份的“最佳猜测”是宇宙学常数，即能量空间的真空能量，它被烤成我们称之为宇宙学标准模型或 Lambda 冷暗物质 （LCDM） 模型的馅饼。然而，这个模型是建立在这样一个假设之上的，即由希腊字母 lambda （Λ） 表示的暗能量随着时间的推移是恒定的。

真空能量描述了出现和消失的粒子的密度。虽然从“无”中出现的“某物”听起来很疯狂，但你可以把它想象成宇宙有一个透支设施。成对的虚拟粒子被允许从宇宙中“借用”一些能量来存在，只要它们通过相遇和湮灭来偿还这些能量。

当孤立地看待时，DESI 研究结果实际上并没有挑战 LCDM 模型中开发的暗能量图景。当 DESI 数据与宇宙的其他测量值进行比较时，宇宙学常数的问题开始显现。

DESI 暗示，这不是第一次，暗能量不是恒定的，而是随着时间的推移而变化的。具体来说，这种加速的“推动力”似乎正在减弱。

这些测量包括我们对大爆炸后不久发生的被称为“最后一次散射”的事件遗留下来的“化石”光的观测，当时宇宙已经膨胀和冷却到足以让电子与质子结合并形成第一个中性原子。

自由电子的消失突然使光子（构成光的粒子）能够自由传播。换句话说，仿佛宇宙的迷雾已经散去，宇宙变得透明。这第一道光被称为“宇宙微波背景”或“CMB”，今天仍然可以观察到。

在早期宇宙中，微小的变化或“皱纹”被称为重子声学振荡 （BAO） 的物质密度波动“冻结”到 CMB 中。随着宇宙的不断膨胀，这些皱纹也随之扩大。因此，BAO 皱纹可以作为宇宙膨胀的标准测量标尺，它们的大小在不同的宇宙时间会有所不同。这种变化是由于当时宇宙膨胀的速度如此之快而引起的。

因此，测量 BAO 揭示了整个宇宙历史中暗能量的强度，而 DESI 可以比任何其他仪器更精确地做到这一点。

当 DESI 数据与 Ia 型超新星的观测结果进行比较时，也暗示了暗能量本身的变化，Ia型超新星是当白矮星对伴星“过度喂养”时发生的宇宙爆炸。这些被盗的材料堆积在恒星残骸的表面，直到触发热核失控。

Ia 型超新星的光输出非常均匀，以至于天文学家可以将它们用作测量宇宙距离的“标准蜡烛”。事实上，早在 1998 年，Ia 型超新星就对于发现宇宙膨胀正在加速，即暗能量的起源是不可或缺的。

这些距离测量之所以成为可能，是因为一种称为“红移”的现象，当行光的波长在穿过膨胀的宇宙时被拉伸时就会发生这种现象。光传播的时间越长，向电磁波谱的长波长“红端”偏移就越极端。这意味着测量一个非常知名且一致的光源（标准蜡烛）的红移可以给出距离测量值。

DESI 数据还可以与对一种称为“引力透镜”的效应的观测相结合，“引力透镜”是来自遥远星系的光被大质量的前景物体扭曲，以显示不断发展的暗能量的特征。

暗能量的演化还不够强大，不足以被视为一项“发现”，但数据与其他观测的不同组合正在将这一概念推向物理学中被认为是这种确定的“黄金标准”。

除了在周三（3 月 19 日）公布这些最新的暗能量结果外，DESI 合作还宣布，其数据版本 1 （DR1） 现在可供任何人通过国家能源研究科学计算中心 （NERSC） 进行探索。

DR1 包含有关 1870 万个宇宙天体的信息，包括大约 400 万颗恒星、1310 万个星系和 160 万个类星体。

Luz Ángela García Peñaloza 是前 DESI 团队成员，也是哥伦比亚 Universidad ECCI 的宇宙学家，他只是一位对新的 DESI 结果以及 DR1 现在可供一般天文学界使用的事实感到兴奋的科学家。告诉 Space.com。

“我也很高兴地发现 DESI 已经发布了大约 1900 万个星系和类星体的红移信息。我们在不到 10 年的时间里将已识别的星系数量增加了一个数量级！García Peñaloza 说。“最令人着迷的结果是，不同的观测结果，DESI 的 BAO 与普朗克的 CMB 数据相结合，以及 Ia 型超新星的三组主要光度距离，为不断发展的暗能量模型提供了更有力的理由，不利于宇宙学常数。

“这与其他独立的宇宙学测试越来越一致，这些测试似乎为探索和研究暗能量和宇宙加速膨胀的新方法打开了一扇机会之窗。”

DR1 数据的可用性意味着 DESI 合作之外的天文学家现在可以深入研究 2021 年 5 月至 2022 年 6 月期间收集的庞大数据集。

“我们的结果为我们的理论同事提供了肥沃的土壤，因为他们正在研究新的和现有的模型，我们很高兴看到他们提出什么，”伯克利实验室的科学家、DESI 主任迈克尔·莱维 （Michael Levi） 说。“无论暗能量的性质是什么，它都会塑造我们宇宙的未来。

“我们可以用望远镜仰望天空，并试图回答人类有史以来最大的问题之一，这真是太了不起了。”

与此同时，DESI 合作正准备开始对新数据集进行更多分析，以提取更多发现，因为 DESI 本身在其运营的第四年继续收集数据。

“太棒了，”García Peñaloza 总结道。“活着并成为一名宇宙学家是多么美好的时刻啊！”

DESI 数据在 此处提供的一系列论文中进行了讨论。