花费了六年时间,全球暗能量观察项目将改变

美国和欧洲的科学家们公布了对宇宙演化的最精确观察数据,这六年的暗能量观察项目使用了2.26亿个星系的观测数据。暗能量调查项目DES研究了有史以来最大的星系分布和形状图,在整个宇宙中延伸了70多亿光年。这项极其精确的分析,包括了六年的数据,有助于检验目前最好的宇宙模型——标准宇宙模型。不过早期的DES数据和其他实验仍然暗示,今天宇宙中的物质比预测的要少几个百分点。DES项目使用了美国国家科学基金会VíctorM,智利CerroTololo美洲天文台CTIO的Blanco望远镜,还有NSF的NOIRLab项目。作为世界上最强大的数码相机之一,暗能量相机是专门为DES设计的,它是由美国能源部DOE资助的,在美国能源部的费米实验室进行建造和测试。从年到年的6年间,DES在布兰科望远镜上使用了30%的时间,在个夜晚的观测中测量了平方度(几乎占整个天空的八分之一),记录了数亿个天体。现在已经公布的结果利用了前三年的数据,绘制了迄今为止最大、最精确的星系分布图。DES数据由伊利诺伊大学国家超级计算应用中心处理,后面的数据还在处理当中。接下来就到了快乐的科普时间,我们知道普通物质只占宇宙的5%左右。宇宙学家通过观察研究数据发现暗能量会通过抵消重力来驱动宇宙加速膨胀,暗能量约占70%,最后的25%是暗物质,它的引力作用将星系连接在一起,暗物质和暗能量都是看不见的。DES试图通过研究它们之间的动态如何在宇宙时间内形成宇宙的大尺度结构来阐明它们的本质,这就是项目研究的原理之一。为了量化暗物质的分布和暗能量的影响,DES主要依赖于两种现象。首先,在大尺度上,星系不是随机分布在整个空间,而是由于暗物质的引力而形成网状结构,这是目前我看到的第一个结论。DES测量了这个宇宙网在宇宙历史上是如何进化的,形成宇宙网的星系团依次揭示了暗物质密度更高的区域,这是第二个结论。DES可以通过弱引力透镜探测暗物质的特征。当来自遥远星系的光线穿过太空时,前景中普通物质和暗物质的引力都会使其光路径发生弯曲,就像穿过透镜一样,从而导致从地球上看到的银河系的扭曲图像。DES的全球科学家通过研究遥远星系的表面形状是如何相互排列的以及附近星系在视线上的位置,能够推断出宇宙中暗物质的活跃程度和对星系等巨大结构的影响程度。为了测试宇宙学家目前的宇宙模型是否准确,DES科学家将他们的结果与欧洲航天局轨道普朗克天文台的测量结果进行了比较。普朗克可以利用被称为宇宙微波辐射背景的光,追溯到宇宙大爆炸40万年后的极早期宇宙。普朗克数据给出了亿年前宇宙的精确视图,标准宇宙学模型预测了暗物质应该如何演化到现在。结合早期的研究结果,DES提供了迄今为止最有力的宇宙模型数据,其结果与宇宙学标准模型的预测相一致。不过重点来了,DES和之前的几次银河系调查仍然暗示,今天的宇宙比预测的要小几个百分点,这个之前已经说过了。在整个调查过程中,美国能源部的暗能量相机反复对天空的10个区域进行成像,并将其选为深场区域,之后这些图像叠加在一起,科学家们就可以看到更遥远的星系。然后科学家们利用深场的红移信息来校准其余的测量区域。与第一年相比,在测量和建模方面的这一进步以及其他方面的进步,加上数据量增加了三倍,使得科学家们能够以前所未有的精度确定宇宙的密度和活跃程度。根据分析前半部分数据所获得的结论,该团队现在准备处理完整的数据集,最终的DES分析有望帮助科学家制作出宇宙中暗物质和暗能量的更为精确的地图。DES合作由来自7个国家25个机构的多名科学家组成。该团队开发的方法为未来的天空测量铺平了道路,“暗能量大调查数据时代已经开始了。”美国国家科学基金会诺伊尔实验室项目主任克里斯戴维斯说:“美国国家科学基金会布兰科望远镜上的DES为鲁宾天文台在未来十年的重大发现创造了条件。”NSF的NOIRLab(国家光学红外天文学研究实验室)是美国地面光学红外天文学中心,负责运营国际双子座天文台(NSF、NRC——加拿大、ANID——智利、MCTIC——巴西、MINCyT——阿根廷和KASI——大韩民国)、KittPeak国家天文台(KPNO),CerroTololo美洲天文台(CTIO)、社区科学和数据中心(CSDC)和VeraC,鲁宾天文台(与能源部的SLAC国家加速器实验室合作)。DES项目的资金由美国能源部、美国国家科学基金会、西班牙科学和教育部、英国科学和技术设施委员会、英国高等教育资助委员会提供,伊利诺伊大学香槟分校国家超级计算应用中心、芝加哥大学卡夫利宇宙物理研究所、巴西资金和项目资助局、里约热内卢州卡洛斯·查加斯·菲略研究支持基金会,巴西国家科学技术发展委员会和科学技术部、德国研究基金会以及暗能量调查合作机构负责提供。



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