北京时间2月9日消息，据国外媒体报道，在美国亚利桑那州，一架经过改进的望远镜绘制出了一幅阶段性的宇宙地图，这是迄今为止最大的宇宙三维地图——而且该仪器只完成了其五年任务大约十分之一的工作量。


在这张宇宙三维地图中，地球在左下角，向室女座、巨蛇座和武仙座的方向望去，距离超过50亿光年。每个彩色的点代表一个星系，而每个星系由1000亿到1万亿颗恒星组成。引力将星系聚集成一种被称为“宇宙网”的结构，其中分布着密集的星团、纤维和空洞。


暗能量光谱仪（DESI）是由加州劳伦斯伯克利国家实验室和世界各地的科学家合作研发的，于2015年至2019年安装在索诺拉沙漠中基特峰国家天文台的梅奥尔望远镜上，至今观测运行的时间还不到一年。


DESI的设计目的是创建一幅更大的三维宇宙地图，以更好地理解暗能量的物理学。在宇宙物理学中，暗能量是一种难以察觉的能量形式，作用于时空结构本身，可以加速宇宙的膨胀。


这张三维宇宙地图有许多美丽之处，在其星系分布中，可以看到巨大的星团、纤维和空洞结构。它们是宇宙中最大的结构，但在它们中间，你会发现宇宙早期的印记，以及此后宇宙膨胀的历史。研究人员希望了解暗能量对这些结构的影响，从而了解宇宙的最终命运。


在准备阶段，DESI团队使用了2021年1月发布的一张巨大的二维宇宙地图，而三维的调查就在几周后开始。新的三维地图精确定位了超过750万个星系的位置，大大超过了2008年斯隆数字巡天（SDSS）所创造的大约93万个星系的记录。


星系调查


基特峰国家天文台上空的恒星轨迹。该天文台坐落在亚利桑那州图森市附近，拥有4米口径的梅奥尔望远镜。


DESI收集了分布在大约三分之一天空区域中的数百万个星系的光谱图像。通过分析每个星系发出的光的颜色光谱，研究人员可以确定光被“红移”的程度。所谓红移，是指由于宇宙膨胀引起的多普勒效应，光被向光谱的红端拉伸。一般而言，一个星系的红移越大，它远离地球的速度就越快，距离地球上的观察者也就越远。


自138亿年前的大爆炸以来，宇宙一直在膨胀，现在它比我们所能看到的最远距离还要大得多——直径至少有920亿光年。


在声明中，参与DESI项目的科学家们希望这张宇宙三维地图能揭示天空的“深度”，并帮助他们绘制星系团和超星系团。由于这些结构与它们最初形成时的物理涟漪相呼应，研究人员希望利用这些数据来确定宇宙的膨胀历史，甚至宇宙的最终命运。


暗能量


科学家以往认为宇宙正在以恒定的速度膨胀，或者宇宙中物质和能量的结合可能最终会使膨胀减速。然而，从20世纪末开始，对超新星的观测表明，宇宙实际上是在加速膨胀。于是，科学家们创造了“暗能量”这一概念来解释这种意想不到的现象。


现在的计算表明，暗能量占可观测宇宙总能量的70%左右。暗能量现有两种模型，一是阿尔伯特·爱因斯坦在广义相对论中提出的“宇宙学常数”——一种均匀充满空间的恒常能量密度；二是标量场，即一个能量密度随时变化的动力场。近几十年来，理解暗能量已经成为一个重要的科学目标。


随着宇宙的膨胀，似乎产生了更多的暗能量，从而加速了宇宙的膨胀。最终，暗能量的影响将决定宇宙的命运——它是永远膨胀、撕裂，还是以一种反向大爆炸的形式再次坍缩。


现在，DESI每月可对大约250万个星系的红移进行编目归类。该团队预计在2026年完成三维巡天地图，届时该望远镜将观测到大约3500万个星系。在近期由劳伦斯伯克利实验室举办的名为CosmoPalooza的网络研讨会上，DESI的研究人员展示了该仪器的一些早期天体物理学结果。