作為天文學(xué)家，沒(méi)有比使用新儀器或望遠(yuǎn)鏡獲得“初光”更好的感覺(jué)了。這是多年準(zhǔn)備和建造新硬件的高潮，這是第一次從天文物體中收集光粒子。通常緊接著是松一口氣，然后是現(xiàn)在所有可能出現(xiàn)的新科學(xué)的激動(dòng)。

10月22日，美國(guó)亞利桑那州Mayall望遠(yuǎn)鏡上的暗能量光譜儀(DESI)取得了第一束光。這是我們測(cè)量星系距離的能力的巨大飛躍，從而開(kāi)創(chuàng)了繪制宇宙結(jié)構(gòu)的新時(shí)代。正如其名稱(chēng)所示，它也可能是關(guān)鍵，以解決在物理學(xué)中最大的一個(gè)問(wèn)題：是什么神秘的力量被稱(chēng)為“黑暗能量”，構(gòu)成了宇宙的70%?

宇宙很笨拙。星系以幾到幾十個(gè)星系的形式共同生活。也有數(shù)百到數(shù)千個(gè)星系和超集群的集群，其中包含許多這樣的集群。

宇宙的這種層級(jí)結(jié)構(gòu)是從宇宙的第一張地圖得知的，該地圖看起來(lái)像是先驅(qū)的天體物理學(xué)中心(CfA)Redshift Survey的圖形中的“火柴人”。這些驚人的影像是宇宙中大型結(jié)構(gòu)的第一眼，其中一些跨越了數(shù)億光年。

CfA調(diào)查是一次很費(fèi)力地構(gòu)建一個(gè)星系。這涉及到測(cè)量星系光的光譜-將光按波長(zhǎng)或顏色進(jìn)行拆分-并識(shí)別某些化學(xué)元素(主要是氫，氮和氧)的指紋。

由于宇宙的膨脹，這些化學(xué)特征被系統(tǒng)地轉(zhuǎn)移到更長(zhǎng)的紅色波長(zhǎng)。這種“紅移”是由天文學(xué)家維斯托·史列弗(Vesto Slipher)首次發(fā)現(xiàn)的，并引起了現(xiàn)在著名的哈勃定律—觀察到更遠(yuǎn)的星系似乎以更快的速度消失。這意味著，相比較而言，鄰近星系的移動(dòng)似乎相對(duì)較慢-它們比遠(yuǎn)星系的紅移少。因此，測(cè)量星系的紅移是一種測(cè)量其距離的方法。

至關(guān)重要的是，紅移和距離之間的確切關(guān)系取決于宇宙的膨脹歷史，可以根據(jù)我們的引力理論以及對(duì)宇宙物質(zhì)和能量密度的假設(shè)從理論上計(jì)算得出。

所有這些假設(shè)最終都在世紀(jì)之交經(jīng)過(guò)測(cè)試，并結(jié)合了新的宇宙觀測(cè)結(jié)果，包括來(lái)自較大的紅移測(cè)量的新的3D地圖。尤其是，斯隆數(shù)字天空勘測(cè)(SDSS)是第一臺(tái)專(zhuān)用的紅移勘測(cè)望遠(yuǎn)鏡，可以測(cè)量超過(guò)一百萬(wàn)個(gè)星系的紅移，將宇宙中的大規(guī)模結(jié)構(gòu)映射到前所未有的細(xì)節(jié)。

SDSS地圖包括數(shù)百個(gè)超級(jí)團(tuán)簇和細(xì)絲，有助于做出意外發(fā)現(xiàn)-暗能量。他們表明，宇宙的物質(zhì)密度遠(yuǎn)低于宇宙微波背景所期望的，宇宙背景是宇宙大爆炸留下的光。這意味著必須存在一種被稱(chēng)為暗能量的未知物質(zhì)，它推動(dòng)了宇宙的加速膨脹，并且越來(lái)越缺乏物質(zhì)。

難題

所有這些觀察的結(jié)合預(yù)示著宇宙理解的新紀(jì)元，宇宙由30%的物質(zhì)和70%的暗能量組成。但是，盡管事實(shí)上大多數(shù)物理學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)接受了暗能量之類(lèi)的東西，但我們?nèi)匀徊恢榔浯_切形式。

雖然有幾種可能性。許多研究人員認(rèn)為，真空的能量只是具有某些特殊的價(jià)值，被稱(chēng)為“宇宙學(xué)常數(shù)”。其他選擇還包括當(dāng)在整個(gè)宇宙的巨大規(guī)模上應(yīng)用時(shí)，愛(ài)因斯坦極其成功的引力理論可能是不完整的。