暗能量調查揭示宇宙膨脹新視角

長期以來，Lambda-CDM（ΛCDM）模型一直是現代宇宙學的基石，成功解釋了宇宙的大尺度結構。該模型認為，宇宙的95%由暗物質（25%）和暗能量（70%）組成。暗能量以宇宙常數（Λ）的形式存在，被認為是驅動宇宙加速膨脹的動力，並且其能量密度在時間上保持恆定。然而，暗能量調查（DES）的最新結果顯示，這一假設可能出現偏差，暗示暗能量可能隨時間演變。

這幅藝術家印象圖展示了宇宙的演化過程，從左側的大爆炸開始，隨後出現宇宙微波背景輻射。第一顆恆星的形成結束了宇宙的黑暗時代，接著是星系的形成。圖片來源：M. Weiss / 哈佛-史密森尼天體物理中心。

暗能量調查（DES）使用安裝在NSF的Víctor M. Blanco 4米望遠鏡上的570兆畫素暗能量相機（DECam）進行，該望遠鏡位於NSF NOIRLab的託洛洛山美洲際天文臺。

DES科學家在六年內共進行了758個夜晚的觀測，繪製了幾乎八分之一天空的區域。

該專案採用了多種觀測技術，包括超新星測量、星系團分析以及弱引力透鏡，以研究暗能量。

DES的兩個關鍵測量——重子聲學振盪（BAO）和爆炸恆星（Ia型超新星）的距離測量——追蹤了宇宙的膨脹歷史。

BAO指的是由早期宇宙中的聲波形成的標準宇宙尺規，其峰值跨度約為5億光年。

天文學家可以測量這些峰值在宇宙歷史的幾個時期中的變化，以觀察暗能量如何隨時間拉伸這個尺度。

「透過分析1600萬個星系，DES發現測量的BAO尺度實際上比ΛCDM預測的要小4%，」能源、環境和技術研究中心（CIEMAT）的天文學家Santiago Avila博士表示。

Ia型超新星被視為標準燭光，意味著它們具有已知的固有亮度。

因此，它們的視亮度結合其宿主星系的資訊，使科學家能夠進行精確的距離計算。

2024年，DES團隊發布了迄今為止最廣泛和詳細的超新星資料集，提供了宇宙距離的高度精確測量。

來自超新星和BAO資料的新發現獨立地確認了2024年超新星資料中看到的異常現象。

透過將DES測量與宇宙微波背景資料相結合，研究人員推斷了暗能量的特性——結果暗示其具有時間演變的性質。

如果這一發現得到驗證，這將意味著暗能量，即宇宙常數，並非恆定不變，而是一種動態現象，需要新的理論框架來解釋。

「這一結果引人入勝，因為它暗示了超越標準宇宙學模型的物理學，」亞原子物理與宇宙學實驗室的研究員Juan Mena-Fernández博士表示。

「如果進一步的資料支援這些發現，我們可能正處於一場科學革命的邊緣。」

儘管目前的結果尚未定論，但即將進行的分析結合了DES的其他探測手段——如星系團和弱透鏡——可能會加強證據。

類似的趨勢也出現在其他主要宇宙學專案中，包括暗能量光譜儀（DESI），這在科學界引起了極大的期待。

「這些結果代表了多年來從DES資料中提取宇宙學見解的合作努力，」辛辛那提大學的研究員Jessie Muir博士表示。

「還有很多需要學習的地方，隨著新測量資料的出現，我們的理解將如何演變，這將非常令人興奮。」

團隊的論文將發表在《物理評論D》期刊上。

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T.M.C. Abbott等人（DES合作組）。2025。暗能量調查：來自最終DES重子聲學振盪和超新星資料的宇宙膨脹模型意義。《物理評論D》，即將出版；arXiv: 2503.06712