DES揭示了宇宙中暗物质结构的最精确测量

星的综合图片在塞罗・托洛洛美洲国家观测所的在智利。照片：里达·哈恩（Reidar Hahn）/费米拉伯（Fermilab）

暗能量调查（DES）的新结果揭示了宇宙中暗物质结构的最精确测量，并支持了暗物质和暗能量构成了大部分宇宙的观点。

想象一下，播种一粒种子，并且能够非常精确地预测从中生长的树木的确切高度。现在，想象一下前往未来并拍摄证明自己是正确的摄影证明。

如果您将种子视为早期的宇宙，将树视为现在的样子，那么您将对“暗能量调查”合作刚刚完成的工作有一个了解。在今天美国能源部（DOE）费米国家加速器实验室的美国物理学会粒子与场分会会议上的一次演讲中，DES科学家将揭露有史以来对目前宇宙大尺度结构进行的最精确的测量。

对当今宇宙中暗物质的数量和“结块”（或分布）的这些测量具有这样的精度，首次与欧洲航天局轨道的普朗克天文台的早期宇宙推论相抗衡。 。新的DES结果（在上面的比喻中的树）接近于通过普朗克对遥远过去（种子）的测量得出的“预测”，从而使科学家能够更多地了解宇宙在140亿年中的演化方式。

费米实验室的首席科学家之一斯科特·多德尔森（Scott Dodelson）说：“这一结果令人兴奋。”“我们第一次能够以相同的清晰度看到宇宙的当前结构，就像我们看到它的婴儿期一样，而且我们可以从一个线程到另一个线程，并在此过程中确认了许多预测。”

由暗能量调查中的2600万个星系的引力透镜法测量得出的暗物质地图。该地图覆盖了整个天空的约1/30，范围跨越了数十亿光年。红色区域的暗物质多于平均水平，蓝色区域的暗物质少。图像：芝加哥大学卡夫利宇宙物理研究所的Chihway Chang和DES合作。

最值得注意的是，这一结果支持了以下理论：宇宙中有26％是神秘的暗物质，太空中充满了一种还看不见的暗能量，这导致了宇宙的加速膨胀，占到了70％。

矛盾的是，测量遥远过去的宇宙大块性比测量今天要容易得多。大爆炸发生后的前40万年，宇宙充满了发光的气体，直到今天，这种气体一直存在。普朗克关于宇宙微波背景辐射的地图为我们提供了非常早时的宇宙快照。从那时起，暗物质的引力将物质聚集在一起，并随着时间的推移使宇宙更加笨重。但是黑暗的能量一直在反击，把事情推开了。以普朗克地图为起点，宇宙学家可以精确地计算这场战斗在140亿年中的发展历程。

“与普朗克图比较，DES的测量结果支持暗物质/暗能量理论的最简单形式，”从事分析工作的爱丁堡大学的Joe Zuntz说。“当我们意识到我们的测量结果与普朗克的结果相吻合在7％之内时，整个合作过程都感到非常激动。”

DES的主要仪器是570兆像素的暗能量相机，它是现有功能最强大的相机之一，能够捕获来自距地球80亿光年的星系的光的数字图像。该相机是在暗能量调查的领先实验室Fermilab上制造和测试的，并安装在国家科学基金会的4米布兰科望远镜上，该望远镜是智利塞罗·托洛洛美洲国家天文台的一部分，是国家光学公司的缩写。天文台。DES数据在伊利诺伊大学香槟分校的国家超级计算应用中心进行处理。

DES上的科学家正在使用相机在五年内以前所未有的细节绘制八分之一的天空。观察的第五年将从八月开始。今天发布的新结果来自仅在调查的第一年收集的数据，该数据覆盖了天空的1/30。

美国国家科学基金会计划主任奈杰尔·夏普（Nigel Sharp）说：“仅从调查的第一年起，团队就达到了如此精确的水平，这真是令人惊讶。“现在，他们的分析技术已经开发和测试，我们期待着随着调查的继续取得突破性结果。”

DES科学家使用两种方法来测量暗物质。首先，他们创建了作为示踪物的星系位置图，其次，他们使用引力透镜成像技术精确测量了2600万个星系的形状，以直接绘制数十亿光年的暗物质模式。

为了进行这些超精确的测量，DES团队开发了新的方法来检测星系图像的微小透镜畸变，这种效果甚至是肉眼看不到的，从而在理解这些宇宙信号方面取得了革命性的进步。在此过程中，他们创建了最大的指南，以发现有史以来绘制的宇宙中的暗物质（参见图片）。新的暗物质图谱是2015年发布的DES的10倍，最终将比现在大三倍。

美国能源部布鲁克海文国家实验室的物理学家艾琳·谢尔顿说：“这是团队的巨大努力，也是多年专注工作的结晶。”他共同开发了检测镜头畸变的新方法。

这些结果以及“暗能量调查”第一年的其他结果将于今天下午在线发布，并在下午5点下午在美国能源部SLAC国家加速器实验室Kavli粒子天体和宇宙学研究所的NASA爱因斯坦研究员Daniel Gruen进行演讲时宣布。中央时间。该演讲是费米实验室APS粒子与场分部会议的一部分，并将现场直播。

该结果还将在8月9日于俄亥俄州哥伦布举行的TeV粒子天体物理学会议上由SLAC的Kavli粒子天体物理学和宇宙学研究所的Kavli研究员Elisabeth Krause提出；俄亥俄州立大学宇宙学和天体粒子物理中心的博士后研究员Michael Troxel在8月10日在中国广州举办的高能轻子光子相互作用国际研讨会上发表了论文。这三位发言人都是DES科学工作组的协调员，并为分析做出了重要贡献。

费米实验室负责人奈杰尔·洛克耶（Nigel Lockyer）说：“暗能量调查已经取得了一些非凡的发现和测量结果，它们几乎没有触及数据的表面。”“今天的世界领先结果表明DES将在未来几年内在理解暗能量方面取得长足进步。”