宇宙可能正在发生变化：新的DESI数据显示暗能量可能随着时间的推移而演变

宇宙的命运取决于物质和暗能量之间的平衡：暗能量是推动宇宙加速膨胀的基本因素。来自暗能量光谱仪器（DESI）合作的新结果使用了有史以来最大的宇宙3D地图来追踪过去110亿年来暗能量的影响。研究人员发现，被广泛认为是“宇宙常数”的暗能量可能会以意想不到的方式随着时间的推移而演变。

DESI是一项国际实验，由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）管理，共有来自全球70多个机构的900多名研究人员参与。该团队今天在多篇论文中分享了他们的发现，这些论文将发表在在线知识库arXiv上，并在加利福尼亚州阿纳海姆举行的美国物理学会全球物理峰会上发表。

这些DESI研究人员包括俄亥俄大学物理学教授徐熙钟（Hee-Jong Seo）和她的几名学生，例如去年发表DESI重子声学振荡（BAO）第一篇论文的三年级研究生Jaide Swanson；利用DESI调查数据研究宇宙膨胀的五年级研究生阿尔贝托·罗萨多·马林（Alberto Rosado-Marin）；以及与全国各地的科学家合作进行DESI调查的高级荣誉辅导学院学生亚历山德拉·威尔。

在过去的几个月里，俄亥俄大学的研究团队与更广泛的DESI团队一起深入研究了这一快速分析，整合了更大的数据集，并完善了他们的结论。这一结果非常引人注目，表明这项研究可能标志着我们对暗能量理解的范式转变——暗能量驱动着宇宙的加速膨胀，但目前的物理理论仍无法解释。

去年，由Seo共同领导的第一个研究结果引起了人们的兴趣，当时该团队发现了意想不到的结果。在没有事先了解结果的情况下进行的分析显示，暗能量似乎随着时间的推移而变化，而不是像之前认为的那样保持不变。新的后续分析，根据额外的数据，提供了更有力的证据来证明暗能量的进化。

“我们看到的结果确实令人着迷，”徐说。“去年，当我们第一次发现暗能量进化的强烈迹象时，我们很兴奋，但也有一种健康的怀疑态度，怀疑这可能只是一个统计异常。”

在过去的六个月里，该团队进行了快速分析，纳入了更多的数据来解决这些疑问。

“有必要用更大的数据集来验证这个信号是否持续存在——通过这项最新的研究，我们发现它确实存在。有了这项新的分析，我们对宇宙的理解可能正处于真正转变的边缘，这一点变得越来越清楚。”

Seo团队的另一个主要成员是Nick Sanders，他是一名二年级研究生，去年加入了DESI合作项目，并为新的BAO分析做出了重大贡献。他是DESI星系和类星体群集组的一员，创建了联合示踪器目录，这是用于分析的几个数据集之一。

根据Seo的说法，在绘制浩瀚宇宙时间尺度上的宇宙图时，DESI使用多种类型的星系作为示踪剂，它们的数据略有重叠，以确保完全覆盖。

“尼克在将这些重叠的层无缝地结合成一个连续的地图方面发挥了至关重要的作用，帮助我们更清晰地描绘了宇宙的膨胀历史，”徐说。

他的见解和贡献表明了学生在国际科学努力中日益重要的作用，他们的想法直接决定了研究的方向。

“我们完成分析的速度和我们所看到的令人兴奋的结果证明了令人难以置信的团队合作，”徐补充说。“尼克和其他学生在完善和优化过程中发挥了重要作用。总的来说，我认为这是一个很好的机会，让他们参与到如此重大的科学发现中，并与该领域的世界领先专家合作。”

桑德斯说：“这项工作是我第一次为DESI这样的合作做出贡献。”“就在过去的八个月里，我遇到了很多在这个领域工作的人。这也让我的名字在业内广为流传。就在几个星期前，我第一次遇到了一个人，他们听说了我的工作后认出了我的名字。这是第一次发生在我身上。”

单独来看，DESI的数据与我们的宇宙标准模型是一致的：λ CDM （CDM是冷暗物质，λ代表暗能量的最简单情况，它作为一个宇宙常数）。然而，当与其他测量威廉希尔亚洲时，越来越多的迹象表明，暗能量的影响可能会随着时间的推移而减弱，其他模型可能更适合。其他测量包括宇宙黎明的余光（宇宙微波背景辐射，简称CMB）、爆炸的恒星（超新星）以及来自遥远星系的光如何被引力扭曲（弱透镜效应）。

“暗能量，据信大约占宇宙的70%，长期以来一直困扰着科学家，”徐说。“虽然人们几十年前就知道宇宙在加速膨胀，但根本原因仍然难以捉摸。迄今为止的观测证据似乎与爱因斯坦最初提出的宇宙常数模型相一致。然而，多年来，研究人员一直在努力了解暗能量的真正本质，所以令人兴奋的是，我们的团队可能帮助解开了这个谜题的关键部分。”

到目前为止，人们对进化中的暗能量的偏好还没有上升到“5西格玛”，这是物理学中代表发现门槛的黄金标准。然而，DESI数据与CMB、弱透镜和超新星集合的不同组合在2.8到4.2 sigma之间。（一个3西格玛事件有0.3%的概率是统计学上的侥幸，但物理学中的许多3西格玛事件随着数据的增加而逐渐消失。）该分析使用了一种技术，直到最后才向科学家隐藏结果，从而减轻了对数据的任何无意识偏见。

DESI是有史以来对宇宙进行的最广泛的调查之一。这台最先进的仪器可以同时捕捉5000个星系的光，由美国能源部科学办公室资助建造和运行。DESI安装在美国国家科学基金会位于亚利桑那州基特峰国家天文台（NSF NOIRLab的一个项目）的Nicholas U. Mayall 4米望远镜上。这个实验已经进行了5年，现在已经是第4年了，计划在项目结束时测量大约5000万个星系和类星体（极其遥远但核心有黑洞的明亮物体）。

新的分析使用了前三年的观测数据，包括近1500万个测量最好的星系和类星体。这是一个重大的飞跃，提高了实验的精度，数据集是DESI第一次分析中使用的两倍多，这也暗示了暗能量的进化。

DESI通过研究物质如何在宇宙中传播来追踪暗能量的影响。宇宙早期的事件留下了物质分布的微妙模式，这种特征被称为重子声学振荡（BAO）。BAO模式就像一个标准的尺子，它在不同时间的大小直接受到宇宙膨胀方式的影响。在不同距离测量尺子，研究人员可以看到历史上暗能量的强度。DESI使用这种方法的精度是世界上最好的。

合作将很快开始额外的分析工作，从当前数据集中提取更多信息，DESI将继续收集数据。未来几年上线的其他实验也将为未来的分析提供补充数据集。

徐说：“这项研究不仅对我，对我所有的学生来说，都是一次令人兴奋和有益的经历。”“作为这样一个全球合作的一部分，为职业发展提供了巨大的机会，能够研究科学领域如此重要的问题是一种荣幸。”

讨论实验新分析的视频可以在DESI YouTube频道上找到。除了在今天的APS会议上公布其最新的暗能量结果外，DESI合作还宣布，它的数据发布1现在可供任何人探索。该数据集包含了数百万个天体的信息，除了DESI的宇宙学目标外，还将支持其他人进行广泛的天体物理学研究。

DESI由美国能源部科学办公室和国家能源研究科学计算中心（美国能源部科学办公室的国家用户设施）提供支持。DESI的额外支持由美国国家科学基金会提供；联合王国科学和技术设施理事会；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；墨西哥国家人文、科学和技术委员会；西班牙科学与创新部；以及DESI成员机构。

DESI合作项目很荣幸被允许在基特峰（Kitt Peak）进行科学研究，这座山对Tohono O 'odham民族具有特别重要的意义。