美国天文学家：新测量数据证明“神秘暗能量”正在演化，这将改变人类对宇宙的理解

据美媒4月2日报道，迄今为止对宇宙最广泛调查之一的新线索表明，神秘暗能量可能正在以某种方式演化，这将改变天文学家对宇宙的理解。

暗能量是科学家用来描述一种加速宇宙膨胀的能量或力的术语。然而，尽管它占据了宇宙70%的能量，但德克萨斯大学达拉斯分校物理与天体物理学教授穆斯塔法·伊沙克-布沙基表示，研究人员仍然完全不清楚暗能量究竟是什么。

伊沙克-布沙基是暗能量光谱仪（DESI）合作项目的联合主席。该仪器目前处于第四年巡天阶段，能够同时观测5000个星系的光。当该项目于明年结束时，它将测量约5000万个星系的光。

该合作项目包括900多名研究人员，于3月19日分享了DESI前三年观测的最新数据发布。其发现包括近1500万个星系和类星体的测量数据，类星体是宇宙中最明亮的天体之一。伊沙克-布沙基帮助领导了最新DESI数据分析，该分析表明，长期以来被天文学家视为“宇宙常数”（即认为其不变）的暗能量，其行为方式出乎意料，甚至可能随时间减弱。

“近30年前暗能量的发现，已经是我科学生涯中最大的惊喜”，俄亥俄州立大学天文学教授、DESI分析贡献者大卫·温伯格在一份声明中说。这些新的测量提供了迄今为止最有力的证据，表明暗能量在演化，这将是我们对宇宙运行方式理解的又一次令人震惊的变化。

这些发现使天文学家离揭开暗能量的神秘面纱又近了一步，科学家表示，这可能意味着宇宙运行的标准模型也需要更新。

深入探索宇宙

暗能量光谱仪位于亚利桑那州图森市基特峰国家天文台的国家科学基金会尼古拉斯·U·梅奥尔4米望远镜顶部。该仪器的5000根光纤“眼睛”和广泛的观测能力使科学家能够构建宇宙最大的3D地图之一，并追踪暗能量在过去110亿年里如何影响和塑造宇宙。

来自星系等天体的光需要时间才能到达地球，这意味着DESI可以有效地看到宇宙在不同时间点的样子，从数十亿年前到现在。“在同时观测独立天体的能力方面，DESI是独一无二的”，锡耶纳学院物理学教授、数据发布联合负责人约翰·穆斯塔卡斯说。

最新发现包括比不到一年前调查和呈现的天体数量多一倍以上的数据。2024年的这些发现首次暗示了暗能量可能正在演化。

“我们的工作是让宇宙告诉我们它是如何运作的，也许宇宙正在告诉我们，它比我们认为的要复杂得多”，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室博士后研究员、DESI管理方及DESI莱曼-阿尔法工作组联合主席安德烈·库丘在一份声明中说。“这很有趣，也让我们更有信心看到，许多不同的证据都指向了同一个方向。”

越来越多的宇宙证据

DESI可以测量科学家所谓的重子声学振荡（BAO）尺度——即早期宇宙中发生的事件如何在宇宙物质分布中留下模式。天文学家将BAO尺度（物质分离约4.8亿光年）视为一把标准尺子。

“这种分离尺度就像太空中一把巨大的尺子，我们可以用它来测量距离，我们结合这些距离和红移（天体远离我们的速度）来测量宇宙的膨胀”，俄亥俄州立大学天文学教授、分析协调员保罗·马蒂尼说。

测量暗能量在整个宇宙历史中的影响，显示了它作为一种力量是多么主导。研究人员开始注意到，当他们将这些观测与其他宇宙光测量相结合时，如爆炸恒星、遥远星系因引力扭曲的光，以及宇宙黎明时留下的光（称为宇宙微波背景），DESI数据显示暗能量的影响可能随时间减弱。

“如果这种情况持续下去，那么最终暗能量将不再是宇宙中的主导力量”，伊沙克-布沙基在一封电子邮件中说。“因此，宇宙膨胀将停止加速，并将以恒定速率进行，甚至在某些模型中也可能停止并坍缩回去。当然，这些未来非常遥远，需要数十亿年才能发生。我研究宇宙加速问题已经25年了，我的观点是，如果证据继续增加，而且很可能会增加，那么这将对宇宙学和整个物理学产生巨大影响。”

解开一个持久之谜

目前还没有足够的证据宣布一项突破性的发现，明确表明暗能量正在演化和减弱，但伊沙克-布沙基表示，这种情况可能在短短几年内改变。

“我的第一个大问题是，随着我们的测量越来越好，我们是否会继续看到暗能量演化的证据”，马蒂尼说。“如果我们确实到了证据确凿的地步，那么我的下一个问题将是：暗能量是如何演化的？以及最可能的物理解释是什么？”

新数据发布也可能帮助天体物理学家更好地理解星系和黑洞的演化以及暗物质的本质。尽管暗物质从未被直接探测到，但据信它占据了宇宙总物质的85%。参与该合作项目的科学家渴望使用DESI改进他们的测量。

“无论暗能量的本质是什么，它都将塑造我们宇宙的未来”，DESI主任、劳伦斯伯克利国家实验室科学家迈克尔·列维说。“我们能够用望远镜仰望星空，并试图回答人类有史以来提出的最大问题之一，这真是太了不起了。”

马蒂尼说，一项名为Spec-S5（或第五阶段光谱实验）的新实验可能测量比DESI多10倍以上的星系，以研究暗能量和暗物质。“Spec-S5将使用南北半球的望远镜来绘制整个天空的星系图”，马蒂尼说。“我们也很兴奋（维拉）鲁宾望远镜将如何研究超新星，并提供一个新的、统一的数据集来研究（宇宙的）膨胀历史。”

加利福尼亚州帕萨迪纳市美国宇航局喷气推进实验室的观测宇宙学家杰森·罗兹表示，其他空间天文台，如欧几里得空间望远镜和计划于2027年发射的南希·格雷斯·罗曼空间望远镜，也将在未来几年为暗物质和暗能量提供更多关键测量，有助于填补空白。罗兹未参与DESI项目，但他是欧几里得项目的美国科学负责人，也是美国宇航局欧几里得暗能量科学团队的首席研究员。

罗兹称这些结果很有趣，并表示数据显示早期宇宙和后期宇宙的测量之间存在轻微但持续的张力。

“这意味着我们最简单的暗能量模型并不完全允许我们观察到的早期宇宙演化为我们观察到的后期宇宙”，罗兹说。“DESI结果（以及一些其他最近的结果）似乎表明，更复杂的暗能量模型更受青睐。这真的令人兴奋，因为它可能意味着新的、未知的物理学支配着宇宙的演化。DESI给了我们诱人的结果，可能表明需要一个新的宇宙学模型。”