暗能量可能比科學家們預料的還要複雜，它可能會隨著時間“演變”，而不是在其加速宇宙膨脹的過程中保持無情的恆定。這是根據一個正在開發迄今為止最大宇宙三維地圖的專案的早期結果得出的結論。研究結果暗示，星系在宇宙中的分佈可能不像它們應該分佈的那樣，如果暗能量的影響是不變的。
僅僅是這種令人驚訝的轉折的可能性就讓物理學家們感到興奮。“如果證實我們實際上看到了暗能量的演變，這將是一項意義極其重大的發現，”加州大學戴維斯分校的宇宙學家勞埃德·諾克斯說，他沒有參與這項新研究。這個看似學術性的問題對宇宙有著重大的影響，它將決定宇宙是否以及如何終結。
截至目前，暗能量演變的證據雖然引人入勝，但還不足以讓科學家們開始改寫他們對宇宙的理解。“但這是一種暗示，而且非常有趣，所以我們真的很期待更多的資料，看看這種暗示會走向何方，”勞倫斯伯克利國家實驗室的宇宙學家、暗能量光譜儀器（DESI）專案的發言人娜塔莉·帕蘭克-德拉布魯耶說。
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DESI 從其位於亞利桑那州基特峰頂的天文望遠鏡上的位置出發，旨在徹底改變對暗能量的研究，暗能量約佔宇宙的 70%。大約有 900 名科學家參與了這個專案，就像他們所有的同行一樣，他們中沒有人真正知道暗能量是什麼——主要是因為他們無法直接研究它。物理學家只能透過觀察暗能量的影響來測量它，例如它對大型星系群間距的影響。
這就是為什麼 DESI 從本質上來說只是一個繪製整個可觀測宇宙廣闊區域物質分佈的任務。為了做到這一點，該儀器使用了一種稱為光譜學的技術，收集來自星系、恆星或其他宇宙光源的光，然後按波長對其進行分類，以建立稱為光譜的彩虹狀條形碼。在光譜內部，科學家可以辨別宇宙膨脹的特徵——宇宙膨脹會拉伸所有穿過空間的光。這種拉伸使光線看起來更紅，波長更長，天文學家稱之為紅移。他們可以使用這種現象來測量相對距離，紅移光越強，就表示來自太空更遠的地方，因此也更深入到過去。
這項技術對於研究單個物體非常強大，但 DESI 可以大規模地進行多工處理，一次提供 5,000 個目標的光譜。對其自 2021 年開始執行的第一年的分析包括約 600 萬個物體的資料，包括星系、恆星和類星體（活動星系極其明亮的核心）。帕蘭克-德拉布魯耶說：“DESI 如此獨特的原因在於它是一臺測量紅移的機器。”
從所有這些光譜中，DESI 團隊構建了迄今為止最大的宇宙 3D 地圖，描繪了 110 億年的宇宙歷史——對於那些對暗能量不感興趣的天文學家來說，這也是一種寶貴的資源。例如，DESI 資料可以幫助我們理解稱為中微子的微小粒子，以及星系團和它們之間巨大的空隙。
但對於專注於暗能量的研究人員來說，DESI 的超詳細地圖揭示了宇宙早期嵌入其中的一種微妙的、能說明問題的模式，當時巨大的聲波（現在稱為重子聲振盪）在當時瀰漫宇宙的原始等離子體中迴響。這些波在物質分佈中留下了巨大的氣泡狀回聲，星系隨後在這些物質上凝聚。測量由此產生的環狀星系模式（始終具有特徵尺寸）使宇宙學家能夠更好地校準宇宙距離，錨定 DESI 大量的紅移測量結果，並增強其對暗能量在宇宙歷史中活動情況的衡量標準。
約翰·霍普金斯大學的宇宙學家亞當·里斯說：“DESI 是一項非常出色的實驗，產生了驚人的資料，而這首次釋出讓我們初步體驗了未來的成果”，他因發現暗能量而分享了 2011 年諾貝爾物理學獎，但沒有參與該專案。
在仔細研究 DESI 第一年的觀測結果後，其科學團隊選擇使用一種分析技術，該技術遮蔽了原始資料，以防止任何潛意識偏見影響研究人員的工作。直到幾個月前，當解除遮蔽時，他們才意識到實驗的初步結果蘊含著關於暗能量本身的誘人驚喜，而不是簡單地證實專案按計劃進行。
在進行分析時，科學家們預計他們的結果會與宇宙在暗能量是恆定的、靜態的現象的情況下表現出的行為相符——這確實是 DESI 早期結果單獨表明的情況。但是，當宇宙學家將這些結果與來自其他研究暗能量的關鍵專案的資料結合起來時，他們發現一個暗示，即這些集體結果更符合他們期望看到的暗能量隨時間變化或演變的情況。事實上，空間和時間上離我們較近的星系似乎太近了，就好像暗能量的排斥力在最近的宇宙時期以某種方式開始減弱。“我們確實看到了跡象，表明最簡單的模型可能不是描述宇宙的模型，”帕蘭克-德拉布魯耶說。
要弄清楚這種暗示是真實的，還是僅僅是不同專案的資料組合方式的人為產物，還需要來自 DESI 的更多資訊。幸運的是，科學家們已經擁有了該實驗另外兩年的資料可供使用，而且該儀器計劃持續觀測到 2026 年。帕蘭克-德拉布魯耶說，完整的五年資料將包括對約 4000 萬個星系的觀測。
她和她的同事們還在彙編一項關於實驗第二階段的提案。此外，另外兩臺將於本十年晚些時候開始執行的儀器也將收集類似的資料：位於智利的薇拉·C·魯賓天文臺和 NASA 的南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡。這兩者都旨在配合 DESI 解開暗能量之謎，使未來幾年對宇宙學家來說尤其充滿誘惑。
加州理工學院的宇宙學家尹·王說：“找出暗能量的本質或導致宇宙膨脹觀測加速的原因是我的畢生工作”，她沒有參與 DESI 專案。“所以任何東西——任何新資料，觀測方面的任何新見解——都讓我感到興奮。”
她補充說，風險出奇地高。“這非常巨大——巨大而令人興奮，”王在談到暗能量之謎時說。“暗能量是什麼，或者任何導致觀測到的宇宙加速膨脹的原因，最終將決定整個宇宙的命運。”
這些結果在一組論文中描述，這些論文於四月初發布在預印本伺服器 arXiv.org 上。