爱因斯坦关于万有引力如何作用的预言在宇宙尺度上得到了验证

阿尔伯特-爱因斯坦（Albert Einstein）关于万有引力如何作用的预言在宇宙尺度上得到了验证。

• 一个国际研究小组研究了万有引力在宇宙尺度上的作用，他们的研究支持了阿尔伯特-爱因斯坦关于万有引力作用方式的预言。

• 暗能量光谱仪（DESI）的研究人员发现，星系集群的方式与我们的标准引力模型和爱因斯坦广义相对论的预测是一致的。

• 对DESI第一年数据的复杂分析为广义相对论和引力在宇宙尺度上的表现提供了迄今为止最严格的测试之一。

• 通过观察星系及其在整个时间段内的聚集情况，可以揭示宇宙结构是如何增长的，这使得DESI能够检验修正引力理论--这是宇宙加速膨胀的另一种解释。

• DESI由美国能源部（DOE）劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）管理。 英国参与 DESI 的机构包括：朴茨茅斯大学（University of Portsmouth）、杜伦大学（Durham University）和伦敦大学学院（UCL），以及剑桥大学、爱丁堡大学、圣安德鲁斯大学、苏塞克斯大学和华威大学的研究人员。

宇宙膨胀结构分析

通过研究星系如何随着时间的推移而聚集，研究人员发现了揭示宇宙结构如何演变的模式。

这使得DESI的科学家们能够检验修正引力理论--这是宇宙加速膨胀的另一种解释，通常归因于暗能量。

他们发现，星系聚集的方式符合我们的标准引力模型和爱因斯坦的预测。

这一结果验证了宇宙的主要模型，并限制了可能的修正引力理论，这些理论被提出来作为解释宇宙膨胀等意外观测的替代方法。

暗能量光谱仪（DESI）安装在基特峰国家天文台的美国国家科学基金会 Nicholas U. Mayall 4 米望远镜上，该天文台是美国国家科学基金会 NOIRLab 的一个项目。 资料来源：KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld

研究合作与见解

英国多所大学参与了DESI的最新研究成果，包括朴茨茅斯大学、杜伦大学和伦敦大学学院。

今天，DESI合作团队在在线资料库arXiv上发布了多篇论文，分享了他们的研究成果。

朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所副教授塞沙德里-纳达图尔（Seshadri Nadathur）博士领导的小组进行了新的分析。

纳达图尔博士说："我们通过DESI收集到的数据让我们能够测量星系如何聚集在一起的微妙模式。 真正令人兴奋的是，我们不仅可以利用这些模式来测量宇宙膨胀的速度，甚至还可以检验我们对引力本身的理解！ 到目前为止，广义相对论还保持得很好，但我们在暗能量方面看到了一些惊喜。"

探索基础物理学问题

朴茨茅斯大学博士生内森-芬德利（Nathan Findlay）也领导了部分工作，对分析中的一些不确定性进行量化。 他说:"我们可以通过DESI的这些数据了解暗物质、暗能量、宇宙的历史和命运，甚至是正确的万有引力理论--所有这些物理学中的基本问题--这真是令人难以置信。 能够参与其中，我感到非常兴奋。"

在宇宙学尺度上测试引力

法国国家科学研究中心（CNRS）核与高能物理实验室（LPNHE）的宇宙学家 Pauline Zarrouk 博士是这项新分析的共同负责人。

扎鲁克博士曾是杜伦大学计算宇宙学研究所的博士后研究员，现在是该研究所的学术访问学者："广义相对论已经在太阳系的尺度上得到了很好的验证，但我们还需要验证我们的假设是否在更大的尺度上有效。

"研究星系形成的速度可以让我们直接检验我们的理论，到目前为止，我们与广义相对论在宇宙学尺度上的预测是一致的"。

中微子质量与星系聚类

由杜伦大学研究人员威廉-埃尔伯斯博士（Willem Elbers）和卡洛斯-弗伦克教授（Carlos Frenk）共同领导的对DESI数据的详细分析，为中微子的质量提供了新的上限。

中微子对星系聚类模式的影响微乎其微，但这可以通过DESI数据的质量来测量。 中微子实验室实验为中微子质量设定了一个下限；值得注意的是，DESI中的星系分布为这个质量设定了一个上限，这个上限现在非常接近下限，其值约为电子质量的千万分之一。

杜伦大学是DESI合作项目的重要成员之一，同时还设计和建造了光纤系统，将光线输送到DESI的光谱仪上。 杜伦大学的科学家们还对宇宙进行了超级计算机模拟，这对解读DESI的数据至关重要。

DESI团队成员、杜伦大学计算宇宙学研究所的卡洛斯-弗伦克（Carlos Frenk）教授说："广义相对论是物理学中最优雅、最深刻的理论之一。 宇宙似乎符合它的戒律，这确实了不起，证明了爱因斯坦的才华，也证明了那些设计出方法来检验它的天文学家的才华。"

"同样令人瞩目的是，DESI为中微子质量这一长期未解之谜带来了启示。 这些微小的基本粒子质量非常小，但它们共同产生的引力却影响着星系在太空中的移动和聚集。 DESI数据集的规模和质量都是前所未有的，这使得探测这种微小的影响成为可能，这让宇宙学家和粒子物理学家都非常兴奋。"

DESI对物理学和宇宙学的贡献

DESI包含5000个光纤"眼睛"，每个"眼睛"可以在20分钟内收集一个星系的光线。 伦敦大学洛杉矶分校的研究人员也是DESI合作项目的重要成员之一，他们帮助设计、组装和建造了DESI的光学校正器--六个透镜，最大的直径达1.1米，将光线聚焦到"眼睛"上。

今年4月，DESI绘制了迄今为止最大的宇宙三维地图，并揭示了暗能量可能随时间演变的蛛丝马迹。

四月份的分析结果研究了星系集群的一个特殊特征，即重子声振荡（BAO）。 新的分析被称为"全形分析"，它扩大了分析范围，从数据中提取更多信息，测量星系和物质在整个空间不同尺度上的分布情况。

与之前的研究一样，今天的研究结果采用了一种技术，直到最后才向科学家们公布结果，从而减少了任何无意识的偏见。

有关这一发现的更多信息

DESI是一台尖端仪器，能够同时捕捉5000个星系的光线。 它由美国能源部科学办公室资助设计、建造和运行。

DESI位于亚利桑那州，安装在基特峰国家天文台的尼古拉斯-U-马约尔4米望远镜上，是美国国家科学基金会NOIRLab计划的一部分。 DESI是一项为期五年的调查项目，目前已进入第四年，目标是在项目结束前收集约4000万个星系和类星体的数据。

合作小组目前正在分析调查前三年收集到的数据，计划在2025年春季之前发布有关暗能量和宇宙膨胀历史的最新测量结果。 今天的扩展结果与早先暗示暗能量正在演变的发现相一致，进一步增强了人们对下一阶段分析的期待。

DESI的合作者们深知，他们的研究是在Iolkam Du'ag（基特峰）上进行的，而基特峰对托霍诺-奥德汉姆族（Tohono O'odham）具有深远的文化意义。

编译自/ScitechDaily