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佈圖。

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台(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5000個獨立的、形如鉛筆大小的機械人。每個機械人控制一個光纖眼,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,每個機械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5000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3500萬個星系和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將分析每個機械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。

物質分佈與暗能量的關係

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佈,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信息裏面的秘密,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。」◇