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暗能量光譜儀建立迄今最大宇宙3D地圖

想了解宇宙的過去和未來,我們需要一份最完整的三維地圖。美國暗能量光譜儀(DESI)項目打破了之前所有3D星系調查的紀錄,在完成前7個月的調查後,建立了有史以來最大、最詳細的宇宙地圖。這張極其詳細的3D地圖将有助于更好地了解暗能量及宇宙的過去和未來。調查使用的技術和取得的成就也将幫助科學家們揭示宇宙中最強大光源的秘密。

暗能量光譜儀建立迄今最大宇宙3D地圖

DESI的宇宙3D“CT掃描”圖。地球在左下角,每個彩色點代表一個星系,而星系又由1千億到1萬億顆恒星組成。

【科普】暗能量:暗能量是驅動宇宙運動的一種能量。它和暗物質都不會吸收、反射或者輻射光,是以人類無法直接使用現有的技術進行觀測。人類對宇宙的研究表明:26.8%的宇宙總能是由暗物質組成的,暗物質就像膠水一樣把所有物質連接配接在一起。新的一項研究發現,一部分暗物質正在消失,而導緻他們消失的原因則是暗能量。 暗能量很有可能在消耗着暗物質,如果這一推論正确那這種現象将對宇宙的未來産生重大的影響。

在3D地圖的星系分布中,存在巨大的星團、細絲和空隙。它們是宇宙中最大的結構。但在其中,你會發現早期宇宙的印記,以及從那時起它的膨脹曆史。

完成調查任務需要收集覆寫整個天空三分之一以上的數百萬個星系的詳細色譜圖像。通過将來自每個星系的光分解成它的光譜,DESI可确定光已經紅移了多少,正是這些紅移讓DESI看到了天空的深度。

暗能量光譜儀建立迄今最大宇宙3D地圖

一般來說,一個星系的光譜紅移越多,它就越遠。借助3D宇宙地圖,實體學家可繪制星系團和超星系團的圖表。這些結構帶有它們最初形成的回聲,當時它們隻是嬰兒宇宙中的漣漪。通過梳理這些回聲,實體學家可使用DESI的資料來确定宇宙的膨脹曆史。膨脹的曆史與整個宇宙的命運息息相關。

美國亞利桑那大學正在使用DESI資料了解小星系中中等品質黑洞的行為。在大型星系中,活動星系核是已知宇宙中最亮的天體之一。但在較小的星系中,活動星系核可能更微弱,更難與新生恒星區分開來。DESI拍攝的光譜可幫助解決這個問題,它在天空中的廣泛覆寫範圍将産生比以往更多的關于小星系核心的資訊。反過來,這些核心将為科學家們提供有關在早期宇宙中如何形成明亮活動星系核的線索。

暗能量光譜儀建立迄今最大宇宙3D地圖

英國杜倫大學則使用DESI資料了解類星體本身的演化。人們認為,類星體開始時被一層塵埃包圍,這使得它們發出的光變紅,就像太陽穿過陰霾一樣。随着年齡的增長,它們會驅散這些灰塵并變得更藍。但由于缺乏關于紅色類星體的資料,很難檢驗這一理論。DESI正在改變這一點,發現的類星體比以往任何一次調查都多,最終調查資料中預計有240萬個類星體。

目前,DESI項目已對超過750萬個星系進行了編目,并且還在以每月超過100萬個的速度增加。僅在2021年11月,DESI就對來自250萬個星系的紅移進行了編目。到2026年運作結束時,DESI的目錄中預計将擁有超過3500萬個星系,進而能進行各種各樣的宇宙學和天體實體學研究。

暗能量光譜儀建立迄今最大宇宙3D地圖

【科普】暗能量光譜儀(Dark Energy Spectroscopic Instrument,DESI)是由美國勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory,LBNL)主導的計劃,目的是建立更大宇宙3D地圖揭開天體化學組成、距離、移動速度,以更了解加速宇宙膨脹的神秘暗能量。

DESI于2015年開始建造并安裝在基特峰國家天文台的梅耶爾望遠鏡(Mayall)望遠鏡,2019年底首次亮相,然而恰逢新冠狀病毒來襲導緻望遠鏡關閉數月運作;2020年12月,DESI再次打開眼睛,望向天空開始測試軟硬體;2021年5月正式展開科學調查。到現在僅僅過了7個月,科學家宣布DESI已制成有史以來最大、最詳細的宇宙3D地圖,收集超過750萬個來自星系的光,且預計到2026年運作結束可以再增加2,750萬個星系,遠超之前史隆數字巡天調查的93萬個星系成果。

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