2024年4月4日，暗能量光谱仪（DESI，Dark Energy Spectroscopic Instrument）项目发布了第一年的数据，绘制了迄今最大规模宇宙3D地图，对神秘的暗能量进行了史无前例的精确测量。

DESI发布包含600万个星系的3D宇宙地图（来源：DESI collaboration）

暗能量，是宇宙中未知的成分，它导致我们的宇宙膨胀得越来越快。在世纪之交时我们才意识到它的存在。来自美国和澳大利亚的两个科学家团队分别通过对遥远星系中Ia型超新星的观测发现宇宙的膨胀速度并没有减慢，反而在加速。这一发现直接挑战了传统的宇宙学模型。为了解释这一观测结果，科学家们提出了暗能量假说——在大尺度的宇宙空间中存在着一种尚未被发现和理解的物质或能量，表现出与引力相反的作用效果，推动着宇宙加速膨胀。由此建立起新的宇宙“标准模型”ΛCDM，认为宇宙中暗能量占据了68%，暗物质约为27%，而普通物质只有5%。在这个模型中，暗能量成为宇宙的“主宰”，毫不客气地说，它的力量决定了宇宙未来的走向——会一直膨胀下去，还是会逆转收缩？

ΛCDM模型对暗物质、暗能量占比的描述（来源：网络）

为了研究暗能量，在美国亚利桑那州基特峰海拔约2000米的山顶，天文学家在4米口径的梅奥尔望远镜上安装了5000个铅笔粗细的微型机器人，控制着5000根光纤，用于收集遥远的星系和类星体的光谱。巨大的观测视场和数量众多的光纤数量令DESI可以获得比以往巡天项目多10倍的星系光谱。它就像一台时光机器，可以回溯到110亿年前的宇宙。

DESI的5000根光纤（来源：来源：DESI collaboration）

果不其然，仅凭第一年的数据，DESI就已经刷新了纪录。2024年4月发布的仅仅是DESI首轮5年观测周期中第一年所获得的数据，从2020年12月至2021年6月，包含了约600万个独立目标，创建了有史以来最大的宇宙3D地图，并进行了迄今为止最精确的测量。它以优于1%的精度测量了迄今80亿-110亿年的宇宙膨胀历史，为研究暗能量提供了一种强有力的方法。

宇宙不同年龄段的特征模式——重子声学振荡，或BAO“泡泡”。暗能量的大小决定了宇宙的增长速度，从而决定了“泡泡”的大小。实线是标准宇宙学模型ΛCDM预言的“泡泡”大小，而虚线显示了暗能量随时间演变的不同模型的预测。DESI将收集更多的数据，以确定哪种模型更能描述宇宙。（来源：Arnaud de Mattia/DESI collaboration）

DESI主任、劳伦斯伯克利国家实验室科学家迈克尔·利瓦伊（Michael Levi）表示，到目前为止，我们看到的结果与当前最好的宇宙模型基本一致，但同时也看到了其中潜在的有趣差异，或许暗示着暗能量会随着时间的推移而变化。这也让我们更期待DESI未来的更多的数据了。

宇宙充满着未知，这是宇宙最迷人的地方。

庆祝DESI发布首年科学数据的艺术画。画中还暗示了未来几年DESI将绘制更大的宇宙图景。（来源：DESI Collaboration/KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Horálek/R. Proctor）

参考资料：
[1] Lauren Biron. First Results from DESI Make the Most Precise Measurement of Our Expanding Universe (https://newscenter.lbl.gov/2024/04/04/desi-first-results-make-most-precise-measurement-of-expanding-universe/)
[2] Sharmila Kuthunur. Largest 3D map of our universe could hint that dark energy evolves with time (https://www.space.com/desi-3d-map-universe-dark-energy-evolution)

暗能量光谱仪绘制史上最大宇宙三维地图