美國馬里蘭州國家港口——天文學家發現，星系之間最常見的距離約為 4.9 億光年，這是迄今為止對這個關鍵宇宙長度尺度的最精確測量。研究人員利用這個尺度，計算出的天文距離的誤差率達到了創紀錄的 1%，這項測量有助於闡明導致宇宙加速膨脹的神秘暗能量背後的原因。
1.5 億秒差距，或近 4.9 億光年的間隔，是宇宙誕生的產物，它在物質密度中產生了微小的漣漪，導致某些地方的物質聚集在一起，成為星系的種子。當宇宙年輕且非常熱時，這些密度過高的區域無法承受自身的壓力，因此它們向太空發射了聲波，這些聲波一直傳播到宇宙冷卻下來並形成中性原子。“基本上宇宙中的每個區域都發出了一種聲波，這種聲波傳播的距離在今天看來是 1.5 億秒差距，”哈佛-史密森天體物理學中心的丹尼爾·艾森斯坦說。而當這些聲波停止的地方，它們也推動了那裡的物質，使其也更有可能形成星系的種子。艾森斯坦指導了斯隆數字巡天 (SDSS) III，該專案收集了用於測量的資料，他今天在美國天文學會第 223 次會議上展示了結果。
這些星系在空間中分佈的週期性漣漪被稱為重子聲波振盪，它們對於理解宇宙的演化具有深遠的影響。利用這些振盪，天文學家可以將當今星系之間的距離與宇宙誕生後不久這些漣漪的大小進行比較，從而瞭解空間是如何隨著時間推移而伸展的。“它真正使我們能夠非常精確地追蹤宇宙的膨脹歷史，”艾森斯坦說。反過來，這限制了驅動這種加速膨脹的暗能量的性質。
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這項新的測量來自一個名為 BOSS（重子振盪光譜巡天）的專案，該專案使用了 SDSS-III 捕獲的 120 萬個星系位置圖。重子聲波振盪最早是由 SDSS 和另一個名為 2dF 星系紅移巡天的專案團隊於 2005 年測量的。“最初的測量只是初步的探測，”澳大利亞國立大學的馬修·科爾萊斯說，他領導了 2dF 實驗。“最新的 BOSS 結果是真正的精密宇宙學。” 科爾萊斯目前正在進行兩個實驗，即 6dF 星系巡天和 WiggleZ 暗能量巡天，它們分別測量了比 SDSS-III 可以達到的更近和更遠的距離處的重子聲波振盪。然而，對於它覆蓋的範圍，SDSS-III 實現了顯著更高的精度。“這絕對是一個令人印象深刻的里程碑，它為我們當前的宇宙學提供了一個基石，”暗能量的共同發現者之一，巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的亞當·里斯說，他沒有參與 BOSS。“這些測量非常困難，暗能量非常神秘，所以我們正在非常努力地理解它。”
暗能量是什麼，以及它是否隨時間變化，是物理學中最大的未解之謎中的兩個。如果它是一種靜態屬性，那麼它的行為非常類似於阿爾伯特·愛因斯坦在 20 世紀初提出廣義相對論方程時構想的“宇宙學常數”。愛因斯坦最初新增常數項是為了迫使他的方程預測一個靜態宇宙，但一旦科學家意識到宇宙實際上正在膨脹，他就放棄了這個概念。然而，在 1990 年代，當科學家發現暗能量時，他們又重新提出了這個想法。
最新的重子聲波振盪測量結果與基於宇宙學常數的預測非常吻合。“今天的資料與宇宙學常數是一致的，但提高精度的目標是嘗試進一步檢驗這一點，”艾森斯坦說。如果暗能量是宇宙學常數，那麼科學家們仍然不清楚它為什麼會存在。一些研究人員希望在像這樣的測量中出現與宇宙學常數模型的細微偏差，從而為更深入地解釋暗能量指明方向。“至於期望有多大的偏差，”里斯說，“這確實是一個問題——我們只是不知道。”