暗能量光谱仪（DESI）为了解过去110亿年的宇宙结构做出了重大贡献，在宇宙尺度上证实了爱因斯坦的广义相对论。通过对近600万个星系和类星体进行广泛的数据分析，DESI对宇宙结构的增长、中微子的质量以及暗物质和能量的分布提供了新的见解。 随着DESI继续收集数据，人们对揭示更多有关暗能量和宇宙膨胀的演变本质寄予厚望。
利用DESI进行宇宙成长和引力测试
引力塑造了我们今天看到的宇宙。 万有引力将早期宇宙中物质数量的微小差异转化为星系团和充满太空的结构。 一项开创性的研究利用暗能量光谱仪（DESI）的数据绘制出了这种宇宙结构在过去110亿年中的成长过程，从而对巨大尺度上的引力进行了有史以来最精确的测试。
在能源部劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的协调下，来自 70 多个机构的 900 多名研究人员参与了 DESI 的全球性工作。 这项研究证实，万有引力的行为与爱因斯坦广义相对论的预测完全一致，从而加强了当前的宇宙模型。 这些发现也对修正引力的替代理论提出了更严格的限制，科学家们已经探索过这些理论来解释宇宙加速膨胀等现象，这些现象通常与暗能量有关。
这种模拟显示了引力的增减如何影响我们观测到的星系的位置，从而改变星系在星系图中的聚类方式。 由于不同的引力模型会预测出不同的星系聚类，DESI的研究人员可以将观测结果与模拟结果进行比较，以测试宇宙尺度上的引力。 资料来源：Claire Lamman 和 Michael Rashkovetskyi / DESI 合作项目
在宇宙尺度上验证爱因斯坦理论
法国国家科学研究中心（CNRS）核与高能物理实验室（LPNHE）的宇宙学家保利娜-扎鲁克（Pauline Zarrouk）说："广义相对论已经在太阳系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能在更大的尺度上发挥作用。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。"
这项研究还为中微子的质量提供了新的上限，中微子是唯一一种质量尚未被精确测量的基本粒子。 以前的中微子实验发现，三种中微子的质量之和至少应为0.059 eV/c2。 (作为比较，电子的质量约为511，000 eV/c2）。 DESI的结果表明，总和应该小于0.071 eV/c2，这就为中微子质量留下了一个狭窄的窗口。
图为2023年双子座流星雨期间，DESI从梅奥尔望远镜观测天空。 资料来源：KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. 斯帕克斯（美国国家科学基金会 NOIRLab）
利用 DESI 数据进行高级分析
DESI合作小组在多篇论文中分享了他们的研究成果，这些论文今天发布在在线资料库arXiv上。 这项复杂的分析使用了近600万个星系和类星体，让研究人员看到了长达110亿年的过去。 仅用一年的数据，DESI就对结构的增长进行了最精确的总体测量，超越了以往需要数十年才能完成的工作。
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，测量星系和物质如何在整个空间的不同尺度上分布。 这项研究需要数月的额外工作和交叉检查。 与前一项研究一样，这项研究也使用了一种技术，在研究结束前向科学家们隐瞒研究结果，以减少任何无意识的偏见。
密歇根大学教授、DESI解读宇宙学数据小组的联合负责人德拉甘-胡特尔（Dragan Huterer）说："我们的BAO结果和全形状分析都非常精彩。这是 DESI 首次研究宇宙结构的增长。 我们展示了探测修正引力和改进暗能量模型约束的巨大新能力。 而这仅仅是冰山一角。"
在这段360度视频中，您可以利用DESI的坐标数据，在数百万个星系中进行互动式飞行。 资料来源：菲斯克天文馆、科罗拉多大学博尔德分校和 DESI 合作项目
洞察暗物质，展望未来
DESI是一台最先进的仪器，可以同时捕捉5000个星系的光线。 它的建造和运行得到了能源部科学办公室的资助。 DESI安装在美国国家科学基金会位于基特峰国家天文台的尼古拉斯-U-马约尔4米望远镜上（美国国家科学基金会NOIRLab的一个项目）。 目前，该实验已进入五年勘测天空的第四个年头，计划在项目结束时收集大约4000万个星系和类星体。
该合作项目目前正在分析前三年收集到的数据，预计将于2025年春季公布对暗能量和宇宙膨胀历史的最新测量结果。 DESI今天发布的扩展结果与实验早先倾向于不断演化的暗能量是一致的，这让人们对即将进行的分析更加期待。
暗能量光谱仪在 2022 年对夜空成像。 资料来源：KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/T. 斯洛文斯基
伯克利实验室和加州大学伯克利分校的博士生马克-毛斯（Mark Maus）说："暗物质约占宇宙的四分之一，暗能量占另外的70%，而我们并不真正知道这两者是什么。"马克-毛斯曾为新的分析工作过理论和验证建模管道。"我们可以拍摄宇宙照片，解决这些重大的基本问题，这种想法令人振奋。
DESI得到了能源部科学办公室和国家能源研究科学计算中心的支持，后者是能源部科学办公室的用户设施。 美国国家科学基金会、英国科技设施委员会、戈登和贝蒂-摩尔基金会、海辛-西蒙斯基金会、法国替代能源和原子能委员会（CEA）、墨西哥国家人文、科学和技术委员会、西班牙科学和创新部以及DESI成员机构也为DESI提供了额外支持。
联合国可持续发展教育十年"合作项目很荣幸能够获准在 I'oligam Du'ag（基特峰）上开展科学研究。
编译自/ScitechDaily