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深广的暗能量

上个世纪20年代，天体裁家发现咱们的世界并不像昔日所合计的那样是静态的，而是在彭胀。到了1998年，天体裁家更是骇怪地发现，世界不仅是在彭胀，况且是在加快彭胀。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

为什么世界会加快彭胀？这是物理学中一个高大的谜团。一种可能是，爱因斯坦的广义相对论需要在更大的行径上进行修正；另一种可能是，某种未知的”暗能量“在驱动着世界的加快彭胀。物理学家合计，暗能量很可能是爱因斯坦照旧为了保捏一个静态世界而在方程中引入的世界学常数（用“Λ”暗示）。尽管好多东谈主信服世界中存在暗能量，但到现在舍弃莫得东谈主知谈它的真本来质。

位于亚利桑那州基特峰国度天文台的暗能量光谱仪（DESI）。凭借着DESI配备的5000个小型机器东谈主“眼睛”，沟通东谈主员省略看到110亿年前的世界。仅在第一年，DESI就在数目和质地上逾越了以往通盘同类测量。（图/Marilyn Sargent/The Regents of the University of California, Lawrence Berkeley National Laboratory）

为了沟通暗能量在昔日110亿年里的影响，天体裁家根据暗能量光谱仪（DESI）的第一年数据，以前所未有的精度绘图了星系和类星体，创造了迄今舍弃最大的世界3D图。沟通东谈主员发现，有迹象标明暗能量可能跟着时候的推移而变化。

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因参与发现暗能量而荣获诺贝尔奖的亚当·里斯暗示：”要是这是果然，这将是25年来咱们赢得的对于暗能量试验的第一个的确的陈迹。“

回到昔日

地球位于这张DESI的世界3D图的中心。放大区域显现了星系和巨洞的散播。（图/Claire Lamman/DESI collaboration; custom colormap package by cmastro）

从DESI绘图的图中，咱们不错很容易地看出世界的基本结构——呈链的星系聚合在一齐，被唯有珍重天体的巨洞离隔。但远远超出了DESI视线的早期世界是悉数不同的。当时，世界是一个由亚原子粒子构成的高温且蕃昌的汤，那些粒子的畅通速率太快，无法形成像原子那样的褂讪物资。这些粒子中有氢核和氦核，它们统称为重子。

这种早期的电离等离子体的微小涨落形成了压强波，鼓吹了重子，使它们形成一种就像将一把石头扔进水池里通常的震动时势。跟着世界的彭胀和冷却，中性原子得以形成，压强波被中断，将震动冻结在三维空间中，并在蕃昌区域增多了改日星系的聚合。数十亿年后，咱们仍然不错在星系间的特征中看到这种微弱的3D震动，或者说气泡——这种特征被称为重子声学回荡（BAO）。

重子声学回荡是测量世界彭胀的世界标尺。（图/Claire Lamman/DESI collaboration and Jenny Nuss/Berkeley Lab）

沟通东谈主员使用BAO测量行为一种世界标尺。通过测量这些泡泡的表不雅大小，他们不错详情形成了这种极其微弱的时势的物资的距离。绘图远方和近处的BAO气泡散播图，不错让沟通东谈主员将数据分割成块，进而测得世界在昔日每个时候点的彭胀率，模拟暗能量是若何影响世界彭胀的。

期骗星系是一种用来测量彭胀史和更好地连结暗能量的智力，但它所能作念到的有限。在一定进度上，来自典型星系的光会过于微弱，是以沟通东谈主员转向类星体，也等于那些具有中心黑洞的、格外迢遥、亮堂的星系核。类星体发出的光在穿过星系间气体云时会被招揽，这使沟通东谈主员省略绘图出物资蕃昌的区域，并以一种被称为“莱曼α丛林”的技能对它们加以使用。

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类星体穿过星系间的氢气云发出的光，沟通东谈主员不错通过分析这些光来了解迢遥的世界结构。（图/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld and DESI collaboration）

沟通东谈主员使用了45万个类星体，这是为莱曼α丛林测量集中到的最大类星体蛊卦，省略将BAO测量一直延长到110亿年前。

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暗能量不是世界学常数？

世界学的法式模子被称为ΛCDM。——其中“Λ”暗示暗能量（也等于世界学常数），“CDM”代表的则是“冷暗物资”。这个模子很好地神态了以前实验的遵守以及世界在时候中的模样。

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干系词，当把DESI第一年的遵守与其他沟通（包括CMB或Ia型超新星）的数据相结合时，沟通东谈主员发现了与ΛCDM展望的遵守之间的一些隐秘各异。圣洁来说，暗能量可能会跟着时候的推移而略略收缩。

要是暗能量在收缩，那么它就不能能是世界学常数，而可能是一种“标量场”。这种场不错用一定量的能量填充空间，这些能量着手看起来是恒定的——就像世界学常数通常，但最终会跟着时候的推移而运滚动化。

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就置信水平而言，通过将DESI和CMB的数据相结合所得到的遵守相配于2.6σ。当把超新星数据也囊括在内时，这个置信水平仍然得以大约保捏在2.5σ，以致增多到3.5σ或3.9σ，具体取决于使用的是哪些特定的超新星数据集。

思象一下抛硬币100次，合理的展望是会得到50次正面和50次反面。要是得到60次正面，那么距离均值为2σ，出现这种情况的偶发（不是被控制的硬币）几率为1/20。要是得到75次正面，那么随即发生的概率等于200万分之一，是一个5σ遵守——这是晓谕物理学发现的黄金法式。DESI得到的σ值介于二者之间，它们极有可能是暴戾的统计波动，也有可能是暗能量正在变化的真实左证。

跟着在为期五年的拜谒中，DESI将集中到更多的信息，这些早期的遵守将变得愈加精准，从而揭示这些数据是否指向了不同的阐述，如故说咱们需要更新模子。更多的数据也将改善DESI的一些其他早期遵守，包括哈勃常数和中微子的质地。

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撰文：不二北斗‍‍

排版：雯雯

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https://newscenter.lbl.gov/2024/04/04/desi-first-results-make-most-precise-measurement-of-expanding-universe/

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封面图&首图：DESI Collaboration/KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Horálek/R. Proctor