新的DESI结果对重力有影响
2025-05-02 12:55

新的DESI结果对重力有影响

  关键的外卖

  对DESI第一年的数据进行了复杂的分析,为广义相对论和引力在宇宙尺度上的行为提供了迄今为止最严格的测试之一。

  观察星系以及它们如何随时间聚集揭示了宇宙结构的增长,这让DESI可以测试修正引力理论——宇宙加速膨胀的另一种解释。

  DESI的研究人员发现星系团的方式是相同的与我们的标准引力模型和爱因斯坦广义相对论的预测一致。

  重力塑造了我们的宇宙。它的吸引力将早期宇宙中存在的物质数量的微小差异变成了我们今天看到的杂乱无章的星系链。一项利用暗能量光谱仪器(DESI)数据的新研究追踪了这个宇宙结构在过去110亿年中是如何增长的,提供了迄今为止在非常大尺度上最精确的重力测试。

  DESI是由来自全球70多个机构的900多名研究人员组成的国际合作项目,由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)管理。在他们的新研究中,DESI的研究人员发现,引力的行为与爱因斯坦广义相对论所预测的一致。这一结果验证了我们的主要宇宙模型,并限制了修正引力理论的可能性,修正引力理论被提出作为解释意想不到的观测结果的替代方法——包括我们的宇宙加速膨胀,这通常归因于暗能量。

  “广义相对论已经在太阳系的尺度上得到了很好的测试,但我们还需要测试我们的假设在更大的尺度上是否有效,”在核与高能物理实验室(LPNHE)工作的法国国家科学研究中心(CNRS)的宇宙学家波林·扎鲁克(Pauline Zarrouk)说,他是这项新分析的共同负责人。“研究星系形成的速度可以让我们直接测试我们的理论,到目前为止,我们与广义相对论在宇宙尺度上的预测一致。”

  这项研究还为中微子的质量提供了新的上限,中微子是唯一一种质量尚未被精确测量的基本粒子。之前的中微子实验发现,这三种中微子的质量总和至少为0.059 eV/c2。(相比之下,电子的质量约为511,000 eV/c2。)DESI的结果表明,总和应该小于0.071 eV/c2,为中微子质量留下了一个狭窄的窗口。

  DESI合作小组今天在在线知识库arXiv上发表了几篇论文,分享了他们的研究结果。这项复杂的分析使用了近600万个星系和类星体,让研究人员看到了110亿年前的情况。仅用一年的数据,DESI就对结构的增长进行了最精确的全面测量,超过了之前花费数十年时间所做的努力。

  今天的结果提供了对DESI第一年数据的扩展分析,该数据于4月绘制了迄今为止最大的宇宙3D地图,并揭示了暗能量可能随着时间而演变的暗示。四月的结果着眼于星系团的一个特殊特征,即重子声学振荡(BAO)。新的分析被称为“全形状分析”,它扩大了从数据中提取更多信息的范围,测量了星系和物质在整个空间中如何以不同的尺度分布。这项研究需要几个月的额外工作和反复检查。与之前的研究一样,它使用了一种技术,直到最后才向科学家隐藏结果,以减轻任何无意识的偏见。

  “我们的BAO结果和全形状分析都是惊人的,”密歇根大学教授、DESI宇宙学数据解释小组的联合领导Dragan Huterer说。“这是DESI第一次观察宇宙结构的增长。我们展示了一种巨大的新能力,可以探测修正引力,改善暗能量模型的约束。而这只是冰山一角。”

  The Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) making observations in the night sky on the Nicholas U. Mayall 4-meter Telescope at Kitt Peak Natio<em></em>nal Observatory in Arizona.

  DESI是一种最先进的仪器,可以同时捕捉5000个星系的光。它是在美国能源部科学办公室的资助下建造和运行的。DESI安装在基特峰国家天文台美国国家科学基金会Nicholas U. Mayall 4米望远镜上(NSF NOIRLab的一个项目)。这个实验已经进行了5年,现在已经是第4年了,计划在项目结束时收集大约4000万个星系和类星体。

  该合作目前正在分析前三年收集的数据,并预计在2025年春季提供暗能量和宇宙膨胀历史的最新测量结果。今天发布的DESI扩展结果与实验早期对演化中的暗能量的偏好一致,增加了对即将到来的分析的预期。

  伯克利实验室和加州大学伯克利分校的博士生马克·莫斯(Mark Maus)说:“暗物质约占宇宙的四分之一,暗能量占另外的70%,我们真的不知道它们是什么。”马克·莫斯致力于新分析的理论和验证建模管道。“我们可以拍摄宇宙的照片,并解决这些重大的、基本的问题,这一想法令人兴奋。”

  DESI由美国能源部科学办公室和国家能源研究科学计算中心(美国能源部科学办公室的一个用户设施)提供支持。DESI的额外支持由美国国家科学基金会提供;联合王国科学和技术设施理事会;戈登和贝蒂·摩尔基金会;海辛-西蒙斯基金会;法国替代能源和原子能委员会;墨西哥国家人文、科学和技术委员会;西班牙科学与创新部;以及DESI成员机构。

  DESI合作项目很荣幸被允许在基特峰(Kitt Peak)进行科学研究,这座山对Tohono O'odham民族具有特别重要的意义。

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