宇宙标准模型通过了暗能量测量的最精确测试

如果你把种子当成是早期的宇宙，而将树像现在的宇宙一样。暗能量测量（DES）的合作刚刚完成，在美国能源部（DOE）费米国家加速器实验室的美国物理学会粒子与场地部会议上，DES科学家将在8月3日的发布演讲中公布对当前大型宇宙结构的最准确的测量。

在智利的Cerro Tololo美洲观察台的复合照片。图片版权：Reidar Hahn / Fermilab

这些对当今宇宙中暗物质量（或分布）的量度（或分布）的测量精确度是这样的，即第一次与欧洲航天局的轨道平原天文台的早期宇宙的推论相反。新的DES结果（上述比喻中的树）接近于普朗克测量遥远的过去（种子）所做的“预测”，使科学家能够更深入地了解宇宙的发展方式，超过140亿年。

（首席科学家之一）Fermilab的Scott Dodelson说这个结果是令人兴奋的，第一次我们能够以相同的清晰度看到宇宙的当前结构，我们可以看到它的起步阶段，我们可以跟随线程从一个到另一个，确认了许多预测。最值得注意的是，这个结果支持了26％的宇宙是神秘的暗物质的形式构成的理论，空间充满了一种看不见的暗能量这导致了宇宙的加速扩张。

天体物理学家对宇宙的年龄有相当精确的认识： 这是来自暗能量测量(DES) 的新成果的结论，这是一项大型的国际科学合作，包括能源部 SLAC 国家加速器实验室的研究人员，它将宇宙结构的形成和演化模型进行了最精确的测试。

暗物质由2600万星系的引力透镜测量而成的暗能量测量图。红色区域比一般的暗物质多, 蓝色区域较暗物质少。图片版权：Chihway Chang /芝加哥大学/ DES合作

测量的研究人员分析了来自2600万星系的光，研究宇宙中的结构在过去的70亿年中是如何发生了变化的-一半是宇宙的年龄。数据采用了与智利的Cerro Tololo美洲观测台的4米Victor M. Blanco望远镜相连的570万像素摄像机DECAM。

以前对宇宙学模型的最精确的测试来自于欧洲航天局的普朗克卫星的测量，这是所谓的宇宙微波背景（CMB）在大爆炸后38万年的天空中发出微弱的光芒。

美国宇航局爱因斯坦博士后研究员丹尼尔·格伦（Daniel Gruen）说：普朗克考察了早期宇宙的结构，测量的结构发展得很晚，这些结构从宇宙的早期到今天的增长与我们的模型预测一致，表明我们可以很好地描述宇宙演化。

丹尼尔·格伦根据美国能源部费米国家加速器实验室的美国物理学会二零零七年微粒子与场地会议，介绍五年长期调查数据第一年的结果。（KIPAC的教师Risa Wechsler是DES的创始成员）他说：首次从星系调查中出发的关键宇宙学参数的精度与宇宙微波背景的测量结果相当，这使我们能够独立测试我们的模型，并结合两种方法以前所未有的精度获得参数值。

由DES协作组织与Blanco望远镜上安装的DECAM拍摄的图像，图片版权：DES Collaboration

最大的质量分布图

称为Lambda-CDM的宇宙学标准模型包括两个关键成分，冷暗的物质（CDM）是一种比常规物质普遍的五倍的隐形物质，它们聚集在一起并且是形成诸如星系和星系团的结构的核心，宇宙学常数Lambda描述了由被称为暗能量的未知力驱动的宇宙的加速膨胀。

天体物理学家需要对模型的精确测试，因为它的成分不完全确定。暗物质从未被直接检测到，暗能量更神秘，不知道它实际上是一个常数还是随着时间的推移而变化。

DES现在已经成功地进行了这样的精密测试，科学家们利用这样一个事实，即遥远的星系的图像在前景中被星系的重力稍微扭曲了，这个称为弱引力透镜的效应。这种分析导致了在宇宙中分布质量（包括常规和暗物质）以及随时间推移的最大的地图。

在小于5％的误差范围内普朗克和DES的结果与Lambda-CDM相一致，Risa Wechsler说：这也意味着到现在为止，我们不需要任何东西，只能用一种不断形成的暗能量来形容宇宙的扩张史。

KIPAC的主要贡献

除了领导弱透镜工作组的Gruen和Wechsler，他们的小组提供了对对宇宙学分析的几个方面进行关键测试的现实模拟，大量的KIPAC科学家，博士后研究员，研究生和校友已经做出了对DES的重要贡献，从建立仪器到开发理论和模拟并分析数据。

布兰科望远镜圆顶和银河系。图片版权：Reidar Hahn /费米国家加速器实验室

例如博士后的伊丽莎白·克劳斯（Elisabeth Krause）领导了DES理论和组合探测工作组。在这个角色中，她负责开发与DES数据获得的实验精度相匹配的理论模型。这涉及编写计算机代码以计算给定模型的弱重力透镜应该是什么样的。

她说：不同的人制定出不同的代码，这意味着做同样的事情。我帮助代码开发人员一起来交叉检查其结果，并确保我们获得最精确的理论代码。创建质量分布图的另一个关键是准确地确定与观测星系的距离，通常是从分析来自这些物体或爆炸星的光的属性的独立调查得出的信息。

我们已经表明我们可以使用某些红色星系的颜色，红移可以用哈勃定律确定他们离开的距离，SLAC工作人员科学家Eli Rykoff说在这部分分析中起主导作用。事实证明如果我们映射这些红色星系在天空中的位置，我们可以使用它们来校准研究中使用的镜头和背景星系的距离。

这个NGC 1398星系的图像是用暗能量摄影机拍摄的，该星系生活在Fornax集群中，距离地球大约6500万光年，直径13.5万光年略大于我们自己的银河系，包含超过十亿颗恒星。图片版权：Dark Energy Survey

走向更深的宇宙

在不久的将来更多的DES数据将允许天体物理学家以更精确的方式来测试其宇宙学模型。调查前三年收集的数据分析将很快开始，第五年的观察工作也将很快进行。研究人员说有了更好的数据，我们可能会发现是否需要修改相对简单的Lambda-CDM模型。

针对DES开发的方法及其研究人员正在获得的经验也将有利于不断发展的实验的自然流程，SLAC DES集团负责人Kristall教授说，两人将为将来的观测做准备包括与大型天文观测望远镜（LSST）的测量观测，天文物理学家随着它在SLAC正在建设的3.2千兆像素摄像机，将能够探索更深的宇宙。