DESI完成最大宇宙三維地圖觀測(cè)

暗能量光譜儀（Dark Energy Spectroscopic Instrument，DESI）已提前完成原定的宇宙三維地圖觀測(cè)任務(wù)，構(gòu)建出目前規(guī)模最大、解析度最高的宇宙大尺度結(jié)構(gòu)圖，為人類描繪宇宙過去約110億年的膨脹歷史提供前所未有的精度，也讓暗能量的真實(shí)性質(zhì)成為可以被直接檢驗(yàn)的科學(xué)問題。

DESI安裝在美國(guó)亞利桑那州基特峰國(guó)家天文臺(tái)的梅奧爾4米望遠(yuǎn)鏡上，配備可同時(shí)觀測(cè)5000個(gè)天體光譜的系統(tǒng)，通過測(cè)量星系與類星體的紅移來重建宇宙的三維分布。在為期五年的巡天計(jì)劃中，DESI的進(jìn)度大幅超前，僅前三年便完成約1500萬個(gè)天體的觀測(cè)，數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)超原定目標(biāo)，使天文學(xué)家得以清晰呈現(xiàn)由引力作用形成的絲狀結(jié)構(gòu)與巨大空洞，將過去的平面星空?qǐng)D，真正轉(zhuǎn)變?yōu)榭闪繙y(cè)距離與時(shí)間演化的立體宇宙結(jié)構(gòu)。這種基于大樣本統(tǒng)計(jì)的方法，讓科學(xué)家可以比較不同宇宙時(shí)期星系的聚集程度，從而反推暗能量對(duì)宇宙膨脹速率的影響。

目前公布的早期結(jié)果顯示，暗能量可能并非一成不變的“宇宙學(xué)常數(shù)”，而是會(huì)隨時(shí)間演化的物理量，這一跡象引發(fā)廣泛關(guān)注。如果這一結(jié)論在完整五年數(shù)據(jù)上獲得確認(rèn)，將意味著現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型需要修訂，甚至可能迫使物理學(xué)界重新審視對(duì)基本定律的理解。截至目前，DESI已測(cè)量的星系和類星體數(shù)量，約為過去所有相關(guān)觀測(cè)總和的六倍，計(jì)劃最終將累積超過4700萬個(gè)星系與類星體，及約2000萬顆恒星，借由前所未有的統(tǒng)計(jì)精度，量測(cè)宇宙在不同時(shí)期的膨脹速率和星系分布差異，從而檢驗(yàn)暗能量是否隨時(shí)間發(fā)生變化。

根據(jù)公布的示意圖，DESI五年巡天構(gòu)建的宇宙地圖之一顯示了銀河系盤面上下星系與類星體的空間分布；在放大區(qū)域中，可以清楚辨認(rèn)宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。扇形圖的中心代表地球，中央的黑色缺口則是因?yàn)殂y河系本身的遮蔽，導(dǎo)致這些方向上難以觀測(cè)到更遙遠(yuǎn)天體。圖中最遙遠(yuǎn)星系的光線，在抵達(dá)地球之前，已在宇宙中傳播約110億年，讓天文學(xué)家得以“回望”宇宙的過去。

DESI的觀測(cè)并未就此結(jié)束，計(jì)劃將持續(xù)進(jìn)行到2028年，覆蓋的天空范圍預(yù)計(jì)擴(kuò)展至約40%，納入更接近銀河盤面以及南天區(qū)等觀測(cè)條件較為艱難的區(qū)域。研究團(tuán)隊(duì)還將重復(fù)觀測(cè)既有區(qū)域，重點(diǎn)針對(duì)更遙遠(yuǎn)、亮度更微弱的發(fā)光紅色星系，以構(gòu)建密度更高、分辨率更精細(xì)的宇宙三維地圖。與此同時(shí)，關(guān)于矮星系和恒星流的研究，也有望進(jìn)一步深化人類對(duì)暗物質(zhì)空間分布的認(rèn)識(shí)。

官方指出，隨著完整觀測(cè)資料陸續(xù)釋出，DESI所做的，并不僅僅是“完成一張地圖”。這些高精度數(shù)據(jù)將為宇宙的歷史與未來建立一套可精確檢驗(yàn)的觀測(cè)基準(zhǔn)，讓關(guān)于宇宙是否持續(xù)加速膨脹、暗能量是否隨時(shí)間變化、宇宙最終命運(yùn)為何等關(guān)鍵問題，從理論推演真正走向可觀測(cè)、可驗(yàn)證的實(shí)證科學(xué)階段。本次成果相關(guān)背景說明與技術(shù)細(xì)節(jié)，亦可于美國(guó)國(guó)家光學(xué)紅外天文研究實(shí)驗(yàn)室（NOIRLab）發(fā)布的新聞資料中進(jìn)一步查閱。