DESI第一年数据提供了对膨胀宇宙前所未有的测量

科学家们分析了暗能量光谱仪绘制宇宙图并揭开暗能量之谜的第一批数据。借助山顶望远镜中的5,000个微型机器人，暗能量光谱仪(DESI)使研究人员能够凝视110亿年前的情况。来自太空中遥远物体的光刚刚到达DESI，使科学家能够绘制宇宙年轻时的地图，同时追踪其生长过程。了解宇宙如何演化与物理学中最大的谜团之一有关：暗能量，研究人员假设暗能量正在推动宇宙的膨胀。

DESI是一项国际科学合作项目，涉及全球800多名科学家。其中包括来自罗彻斯特大学宇宙学小组的研究人员，这是一个跨学科小组，包括来自物理学、天文学、数据科学和计算机科学领域的教授、博士后研究员、研究生和本科生。该小组由物理学教授ReginaDemina共同领导。SegevBenZvi，物理学副教授;凯利·道格拉斯(KellyDouglass)，物理学和天文学助理教授(指导)。

DESI目前正在进行一项为期五年的任务，以测量4000万个星系和类星体，并以迄今为止最精确的测量结果创建迄今为止最大的宇宙3D地图。该仪器于2021年开始勘测，研究人员最近宣布对第一年收集的数据进行分析，包括对宇宙膨胀率和成分的测量。他们在arXiv预印本服务器上发表了多篇论文的分析结果。

“与我们之前收集的任何数据相比，DESI数据的规模有了巨大的增长，”道格拉斯说。“DESI第一年的星系和类星体样本已经是过去40年来所有光谱巡天测量总和的六倍。”

第一年的数据只是一个开始，德米纳补充道，“完整的数据集将使我们能够更仔细地观察宇宙的黎明——宇宙经历快速指数膨胀的时期。”

天空中的光学眼睛

DESI仪器位于亚利桑那州图森附近国家科学基金会基特峰国家天文台的改装梅奥尔望远镜内。该仪器采用了可扩大望远镜视场的光学器件，并包括5,000根机器人控制的光纤，用于收集望远镜视场内物体的光谱数据，并测量宇宙中星系和类星体的三维位置。

罗彻斯特小组自2017年起成为DESI的一部分。小组成员在仪器的调试和操作方面发挥了关键作用，包括开发和故障排除软件，以确保5,000根光纤最佳地指向其目标。

罗彻斯特小组成员还为验证第一年的数据做出了重大贡献，包括研究可能影响测量的系统不确定性(潜在的误差或变化)，以更好地确保研究结果的准确性和可靠性。

解码宇宙的膨胀和暗能量

DESI旨在测量重子声振荡(BAO)——星系所遵循的巨大气泡状结构，是在大爆炸后不久的条件下形成的。在第一年，DESI使用光谱样本中的570万个星系和类星体来测量BAO的大小并估计宇宙膨胀的速度，这个量被称为哈勃常数。

BAO还用于约束暗物质和暗能量的密度。长期以来，科学家们一直认为宇宙正在以恒定的速度膨胀，但在1999年，人们发现膨胀速度正在加速。假设暗能量推动了加速。

一些理论认为，一个或多个标量场(使宇宙膨胀的无形力量)类似于大爆炸后不久驱动宇宙膨胀增长的标量场，有助于产生暗能量。

“到目前为止，人类只知道一个标量场——希格斯场，”德米纳说。她是2012年利用瑞士欧洲核子研究中心的大型强子对撞机发现希格斯场的团队的成员。“现在是时候检查一下是否还有更多这样的字段了。”

DESI试图回答的另一个问题是，暗能量是否在宇宙中的任何地方都具有恒定值(称为宇宙常数)，或者它的属性是否随时间和空间而变化。虽然DESI的第一年BAO测量结果与宇宙学常数兼容，但他们稍微倾向于表明暗能量是一个不断演化或“动态”场的模型。

BenZvi表示，“支持暗能量演化的证据可能非常有趣，但这也可能是一种偶然波动。在我们查看下一批数据之前，我们无法确定。目前的估计是2025年末下一个版本。”