
万有引力塑造了宇宙。引力的特性将早期宇宙中物质数量的微小差异转化为今天可以观察到的巨大的星系。一项利用暗能量光谱仪器(DESI)数据的新研究绘制了这些结构在过去110亿年间的生长图,并对历史上最精确的引力进行了大规模测试。
DESI是一个由来自全球70多个机构的900多名科学家组成的国际合作项目,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。在这项新的研究中,科学家们发现,引力的行为与爱因斯坦广义相对论所预测的一致。这些结果证实了目前的宇宙模型,并缩小了修正引力理论的可能范围,修正引力理论曾被提出作为对意外观测的替代解释,比如宇宙的加速膨胀,这通常被归因于暗能量。
来自巴塞罗那大学物理系和宇宙科学研究所(ICCUB)的研究人员h
tor Gil Marín共同领导了这项新的分析,并评论说:“这些数据使我们能够研究宇宙中最大结构的形成速度有多快,从而在比太阳系大得多的宇宙尺度上限制爱因斯坦的引力理论。”这位研究员同时也是加泰罗尼亚空间研究所(IEEC)的成员,他补充说:“到目前为止,这些结果与爱因斯坦广义相对论的预测完全吻合。”
这项研究还为中微子的质量提供了一个新的上限,中微子是唯一尚未测量过质量的基本粒子。先前的实验表明,这三种中微子的质量总和至少为0.059 eV/c2(相比之下,电子的质量总和为511 000 eV/c2)。DESI结果表明,这个和应该小于0.071 eV/c2,这为中微子质量的可能值留下了一个非常狭窄的窗口。
DESI合作已经在arXiv知识库中提供的几篇科学论文中展示了新的结果。这项复杂的数据分析使用了距离地球10到110亿光年的近600万个星系和类星体。仅用一年的数据,DESI就实现了对结构增长的最准确的全球测量,并且超过了之前所有花费数十年持续努力的结果。
DESI合作已经在arXiv知识库中提供的几篇科学论文中展示了新的结果。这项复杂的数据分析使用了距离地球10到110亿光年的近600万个星系和类星体。
今天公布的结果是对DESI第一年数据的深入分析,DESI在4月份公布了有史以来最大的宇宙3D地图,并发现了暗能量可能随着时间而变化的一些暗示。随后发表的结果集中在星系空间分布的一种特殊性质上,即重子声学振荡(BAOs)。这种新的分析结合了功率谱形状中包含的所有信息,并扩展了上述分析的范围,从数据中提取更多信息,从而可以在不同的空间尺度上测量星系和物质的分布。这项研究需要数月的工作和额外的检查。与之前的案例一样,他们使用了一种盲分析技术,将结果隐藏到最后,以减轻任何偏见和/确认/确认。
能源、环境和技术研究中心(CIEMAT)的研究员Eusebio Sánchez参与了对数据的分析,他说“DESI数据第一年获得的结果确实令人眼花缭乱”。他澄清说:“这只是一个开始,因为该项目将继续获得更多的数据,这将大大提高我们目前对引力和暗能量的认识。”
DESI是一种领先的仪器,能够同时捕捉5000个星系的光并确定它们的光谱。它是在美国能源部科学办公室的资助下建造和运行的。DESI是美国国家科学基金会(NSF) NOIRLab项目的一部分,位于基特峰国家天文台Nicholas U. Mayall望远镜的顶部,该望远镜的镜面直径为4米。该实验目前处于其五年数据收集计划的第四个阶段,目标是在项目结束时绘制出大约4000万个星系和类星体的地图。
该合作项目已经开始分析前三年的数据,新的结果预计将于2025年春季公布,更新现有的暗能量测量和宇宙膨胀历史。今天提出的结果与先前的发现一致,即对随时间变化的暗能量有轻微的偏好,这提高了人们对当前分析结果的兴趣。
高能物理研究所(IFAE)的博士后研究员孔辉(音译)参与了星系目录的准备工作,他指出:“星系的分布表明暗物质和暗能量的存在,这在很大程度上对我们来说是一个谜。然而,DESI提供的精确测量为这些关于宇宙的基本问题提供了有希望的信息。”