暗能量调查提供了有关宇宙膨胀的前所未有的细节

暗能量巡天(DES)的结果与正在加速膨胀的宇宙的标准宇宙学模型一致，但它们暗示了令人兴奋的可能性，即暗能量的密度可能会随着时间的推移而变化。

如果真是这样，它将改变我们目前对这种神秘力量的理解，并需要更复杂的模型来理解宇宙是如何运作的。

结果于今日(2024年1月8日)在新奥尔良举行的第243届美国天文学会(AAS)会议上公布。

暗能量首次被发现于1998年，当时天文学家观察到了特定类型的爆炸恒星，称为Ia型(读作“1-A型”)超新星。他们获得了诺贝尔奖的发现，即宇宙的膨胀率随着时间的推移而增加。这是出乎意料的，因为传统理论认为重力应该会减缓膨胀速度。虽然物质(包括暗物质)通过引力将其他物质拉在一起，但暗能量具有排斥作用，将物质推开，导致宇宙加速膨胀。

“在我们首次发现暗能量必然存在二十五年后，我们对暗能量仍然知之甚少，”南安普顿大学的菲利普·怀斯曼博士在美国原子学会会议上介绍了这一结果。“这就是令人兴奋的部分原因。迄今为止的所有数据都表明暗能量是一个常数，但这些结果揭示了一个有趣的可能性，即暗能量的密度可能会随着宇宙的膨胀而改变。了解它是否是一个常数将有助于我们缩小关于暗能量可能是什么的理论范围。”

暗能量调查是一项国际合作项目，由来自世界各地机构的400多名科学家组成，其中包括英国南安普顿大学、朴茨茅斯大学和萨里大学。DES使用暗能量相机绘制了几乎整个天空八分之一的区域，捕获了六年内758个夜晚的数据。

有了这些数据，研究人员利用Ia型超新星测量了宇宙深处的距离。这与1998年用于探测暗能量存在的技术相同，但样本更大、质量更高。该团队利用机器学习和带有四个滤镜的光度测量等开创性新技术，在更广泛的距离内分析了20倍的数据。

如果暗能量是恒定的——这意味着它不会随着宇宙的膨胀而稀释，那么“w”(代表暗能量的参数)应该等于–1。令人兴奋的是，暗能量调查(DES)的结果发现w=–0.80。

朴茨茅斯大学天体物理学副教授奥·格劳尔博士表示：“乍一看，这并不是我们预期的负值，但我们的结果在不确定性范围内仍然与该值一致。这意味着我们不能排除宇宙的标准宇宙学模型。同时，它还表明，我们的数据集越大，我们就越能缩小不确定性，留下的回旋余地也越来越小。如果未来更大规模的调查与我们的结果显着一致，而不是-1，那就将指向令人兴奋的、奇异的新物理学。”

DES发现了数千颗超新星，并最终使用了1,499颗具有高质量数据的Ia型超新星，使其成为有史以来由单一望远镜编制的最大、最深的超新星样本。

来自南安普顿大学和朴茨茅斯大学的研究人员在识别这些Ia型超新星并寻找每颗超新星爆炸的星系方面发挥了关键作用。这使得研究人员能够测量星系后退的速度，并对这些测量值进行微妙的修正，从而提供更高的准确性。

DES提供了迄今为止关于暗能量本质的最深入的见解，但未来的项目旨在走得更远。

TiDES实验是欧洲领导的名为4MOST联盟的一部分，该联盟还涉及南安普顿大学、朴茨茅斯大学和萨里大学，这三所大学共同领导SpaceSouthCentral区域集群。TiDES将使用维拉鲁宾天文台的遗留时空巡天来测量数以万计的超新星。

萨里大学天体物理学教授鲍勃·尼科尔表示：“维拉·鲁宾天文台将彻底改变天文学的各个不同领域。它将探测到数以百万计的新超新星，使我们能够挑选出最好的超新星，同时仍有数以万计的超新星可供研究。

“这应该能让我们明确地判断暗能量是否恒定。即便如此，一旦我们解开这个谜题，仍然有很多关于暗能量的东西有待发现，包括关于它的存在的令人信服的理论!”