暗能量光譜儀將啟用,繪製史上最細宇宙物質立體分布圖!

2021-01-07 環球世界未解之謎

經過十年的準備，暗能量光譜儀(DESI)即將於今年底啟動，開始一項為期五年的任務，繪製一套史上最細節的宇宙物質的立體分布圖。

宇宙膨脹示意圖。(NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab)

科學家認為這份地圖將有助於揭示宇宙的重要謎題，包括理論預測宇宙膨脹背後的神秘推動力量——暗能量。

DESI如何工作

DESI主要由美國能源部出資，由美國、英國、法國、西班牙和墨西哥合作建成。這是一個先進的光譜儀，裝配在亞利桑那州基特峰天文臺(Kitt Peak Observatory)現有的4米寬的梅奧爾望遠鏡(Mayall Telescope)上。

DESI的核心部件是5,000個獨立的、形如鉛筆大小的機器人。每個機器人控制一個光纖眼，共同捕捉波長從360～980納米的光線，範圍涉及從近紫外線到可見光，再到電磁頻譜的紅外波段。

啟動後，每個機器人一次觀測一個預設分配的星系，在理想情況下，每兩分鐘可觀測5,000個星系。之後整個望遠鏡調整鏡面，瞄向下一組目標。

DESI將反覆測量3,500萬個星系和240萬個類星體與地球的距離，在五年項目期間，覆蓋三分之一的天空。在項目結束的時候，科學家將得到這些天體在五年期間如何拓展的詳細資料。

DESI將分析每個機器人從遙遠的星系或類星體採集的光波。這些光是從很久以前從天體上發出，所以DESI就像在收看這些天體的過去。有的光線來自120億年前。

「經過十年的規劃、研發、安裝和整合，我們很高興DESI即將開始暗能量探索任務。」DESI項目負責人列維(Michael Levi)在公文中說。

物質分布與暗能量的關係

科學家認為宇宙自大爆炸以後，並不是隨機無序地膨脹，而是由一種神秘的暗能量在推動它的膨脹。

該項目的發言人哈佛-史密森尼天體物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)的愛森斯坦(Daniel Eisenstein)說：「星系並不是在宇宙中隨機分布，而是組成一種複雜的結構，從中我們可以學到宇宙的組成和歷史。DESI將繪製出的、有史以來最詳盡的地圖，將讓我們了解宇宙在發展過程中如何膨脹，了解引力和暗能量如何互相抗衡，牽拉和推動宇宙間的物質。」

DESI觀測的目標天體上還帶有重子聲學振蕩(BAO)信息，這是宇宙中可見的重子物質(也稱為「普通」物質)的周期性密度變化。類似超新星作為標準燭光的作用，BAO信息也可以測量宇宙的距離。要探索BAO信息裡面的秘密，必須先得到每個目標天體詳細的光譜信息。這正是DESI項目的總體目標。

在多年的準備工作基礎上，又被今年的疫情稍微耽擱了一點項目的進度後，DESI終於就緒了。愛森斯坦說：「現在整個團隊都熱切地想知道DESI數據能向我們展示哪些宇宙的奧秘。」

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  • 宇宙比例：暗能量佔68.5%，物質佔31.5%？
    構成宇宙的物質是難以衡量的，我們知道宇宙中物質-能量密度大部分由暗能量組成，暗能量是一種神秘的未知力量，促使宇宙膨脹。同時，我們知道剩餘的宇宙成分是正常物質。　　準確地計算宇宙中暗物質、暗能量以及正常物質的比例很難，但目前研究人員表示，他們已進行了迄今為止最精確的測量，用於確定這些物質的相應比例。　　依據他們的計算，正常物質和暗物質的總和佔宇宙物質-能量密度的31.5%，剩餘的暗能量佔68.5%。
  • 宇宙的比例：暗能量佔68.5%，物質佔31.5%？
    構成宇宙的物質是難以衡量的，我們知道宇宙中物質-能量密度大部分由暗能量組成，暗能量是一種神秘的未知力量，促使宇宙膨脹。同時，我們知道剩餘的宇宙成分是正常物質。準確地計算宇宙中暗物質、暗能量以及正常物質的比例很難，但目前研究人員表示，他們已進行了迄今為止最精確的測量，用於確定這些物質的相應比例。
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