摘要：暗能量光谱仪(DESI)的首批结果在宇宙学上是一个重磅炸弹，表明暗能量的强度在整个历史中并非保持不变。相反，它目前似乎正在减弱，过去它似乎以一种被称为“幻影”暗能量的极端形式存在。

暗能量光谱仪本应揭示暗能量的奥秘，却反而加深了这种神秘物质的神秘感。

回顾过去，暗能量光谱仪通过收集数百万个星系和类星体的光谱来绘制宇宙图。（图片来源：玛丽莲·萨金特/伯克利实验室）

暗能量光谱仪(DESI)的首批结果在宇宙学上是一个重磅炸弹，表明暗能量的强度在整个历史中并非保持不变。相反，它目前似乎正在减弱，过去它似乎以一种被称为“幻影”暗能量的极端形式存在。

这些新发现有可能改变我们对暗能量的所有认识，暗能量是一种用来解释宇宙加速膨胀的假想实体。

“这个主题需要一些变革，现在我们正处于看到一个全新范式的边缘，”伦敦大学学院宇宙学家，DESI 团队成员奥弗·拉哈夫 (Ofer Lahav)说。

DESI安装在亚利桑那州基特峰国家天文台的尼古拉斯·U·梅耶尔四米望远镜上，其主要目标是揭示“暗宇宙”。暗宇宙这个术语反映了我们对宇宙中大约 95% 的质量能量的性质的无知。

当今最受青睐的宇宙学标准模型是 lambda-冷暗物质 (CDM) 模型。Lambda 指的是宇宙常数，由阿尔伯特·爱因斯坦于 1917 年首次提出，用于通过抵消引力的影响来保持宇宙处于稳定状态。我们现在知道宇宙正在以加速的速度膨胀，因此使用 lambda 来量化这种加速度。它可以解释为推动膨胀的内在能量密度。现在，DESI 的发现意味着这种能量密度是不稳定的，甚至比以前想象的更加神秘。

DESI 正在绘制一幅巨大的宇宙 3D 地图。其首次完整数据发布包含 270 TB 的数据，并于 3 月公开。这些数据包括 1870 万个物体的距离和光谱信息，其中包括 1210 万个星系和 160 万个类星体。还包括附近约 400 万颗恒星的光谱细节。

这是迄今为止制作的最大的宇宙三维地图，甚至比之前所有光谱勘测的总和还要大。DESI 科学家已经在研究更多的数据，这些数据将成为第二次公开发布的一部分。

DESI 可以观察到宇宙中被称为重子声学振荡 (BAO) 的模式。它们是在大爆炸之后产生的，当时宇宙充满了原子核和电子的热等离子体。与大爆炸中的量子涨落相关的密度波在等离子体中波动，直到大爆炸后约 379,000 年。然后，温度下降到足以让原子核扫过所有电子。这将等离子体密度波冻结在高质量密度（星系形成的地方）和低密度（星系际空间）的区域。这些密度波动就是 BAO；它们可以通过对星系对和类星体之间的分离进行统计分析来绘制。

随着宇宙的膨胀，BAO 不断增大，因此它们为宇宙学家研究宇宙膨胀提供了一个“标准标尺”。DESI 观测到的星系和类星体可以追溯到宇宙历史上的 110 亿年前。

密度波动DESI 观测显示
附近的明亮星系（黄色）、明亮的红色星系（橙色）、发射线星系（蓝色）和类星体（绿色）。插图显示了宇宙一小部分的大尺度结构。（图片来源：Claire Lamman/DESI 合作）

“DESI 测量的结果显示，星系对之间的距离小于预测值，”团队成员、英国杜伦大学的威廉·埃尔伯斯 (Willem Elbers)表示。“我们发现暗能量正在减弱，因此宇宙膨胀的加速度正在减弱。”

作为 DESI 宇宙学参数估计工作组的联合主席，埃尔伯斯的工作是根据数据测试不同的宇宙学模型。结果指向一种奇异的“幻影”暗能量，它在过去加速了膨胀，但如今已不复存在。

这个谜题与暗能量的状态方程有关，该方程描述了宇宙压力与能量密度的比率。在加速膨胀的宇宙中，状态方程的值将小于约 -1/3。-1 的值表征了 lambda-CDM 模型。

然而，一些替代宇宙学模型允许状态方程低于 -1。这意味着宇宙膨胀的速度将比宇宙常数所预测的要快。这表明存在一种“幻影”暗能量，这种能量随着宇宙膨胀而增强，但随后逐渐消失。

“看起来暗能量在过去是‘幻影’，但今天它已不再是幻影了，”埃尔伯斯说。“这很有趣，因为关于暗能量最简单的理论都不允许这种行为。”

宇宙因大爆炸的能量而开始膨胀。我们已经知道，在宇宙历史的最初几十亿年里，这种膨胀正在减缓，因为宇宙较小，这意味着它所包含的所有物质的引力足以阻止膨胀。随着宇宙膨胀，密度降低，引力的影响减弱，暗能量得以接管。DESI 告诉我们，当暗能量变得比物质更有影响力时，它就处于幻影状态。

“这真的很奇怪，”拉哈夫说；而且情况越来越奇怪。暗能量的能量密度在红移 0.4 时达到峰值，相当于大约 45 亿年前。此时，暗能量停止了其幻影行为，从那时起，暗能量的强度一直在下降。宇宙的膨胀仍在加速，但速度没有那么快。“创造一个这样的宇宙，达到峰值密度然后下降，好吧，有人必须制定出这个模型，”拉哈夫说。

与宇宙常数所描述的不变的暗能量密度不同，另一种称为“精髓”的概念将暗能量描述为一个标量量子场，它在不同的时间和位置可以具有不同的值。

然而，埃尔伯斯解释说，像精髓这样的单一场与幻影暗能量是不相容的。相反，他说“可能有多个场相互作用，它们本身并不是幻影，但结合在一起产生了这种幻影状态方程”，并补充说“数据似乎表明这是一种更复杂的东西。”

然而，在推翻宇宙学之前，还需要更多的数据。DESI 数据本身偏离宇宙学标准模型的统计显著性为 1.7σ。这远低于 5σ，这被认为是宇宙学的一项发现。然而，当与对宇宙微波背景和 Ia 型超新星的独立观测相结合时，显著性跃升至 4.2σ。

确认存在幻影时代和电流减弱意味着暗能量远比之前认为的要复杂得多——这加深了围绕宇宙膨胀的谜团。事实上，如果暗能量继续沿着幻影路线前进，它就会造成“大撕裂”，宇宙膨胀如此极端，以至于空间本身都会被撕裂。

“即使暗能量正在减弱，宇宙也可能继续膨胀，但速度不会加快，”埃尔伯斯说。“或者它可能稳定在静止状态，或者如果它在未来继续减弱，我们可能会陷入崩溃，”陷入大坍缩。由于暗能量的状态方程会随着时间而变化，因此在宇宙学家获得更多数据之前，不可能预测它在未来会做什么。

然而，拉哈夫要等到 5σ 才会改变他对暗能量的看法。“我的一些同事已经卖掉了他们持有的 lambda 股份，”他说。“但我暂时不会卖掉它们。我太谨慎了。”

这些观察结果已在arXiv服务器上的一系列论文中报告。论文链接可在此处找到：https://www.desi.lbl.gov/2025/03/19/desi-dr2-results-march-19-guide/

来源：人工智能学家