【博科园-科学科普】只要我们持续记录人类就会惊叹于夜空，我们已经看了天，确定了神的旨意，并想知道这一切的意义，我们能用肉眼可以看到的5000颗星星已经成为人类几千年的伴侣。
现代天文设施已经告诉我们，宇宙不是由数千颗恒星组成——它仅由我们星系中的数千亿颗恒星组成，有数万亿的星系。天文台教会了我们宇宙的诞生和演化。在8月3日，一项新设施首次作出了实质性的宣布，并增加了我们对宇宙的认识。它让我们看到了无法看到的东西，它表明宇宙中物质的分布与预期有一点不同。
智利的Cerro Tololo美洲天文台的恒星的合成图。图片：Reidar Hahn/Fermilab
《暗能量调查》(The Dark Energy Survey(DES))是大约400名科学家的合作，他们已经开始了为期五年的研究，目的是研究遥远的星系，以回答有关宇宙历史的问题。它使用了暗能量照相机(DEC)连接在智利安第斯山脉的Cerro Tololo上的Victor m . Blanco 4米望远镜。DEC是在美国伊利诺斯州巴达维亚附近的费米实验室组装的，它是一个570万像素的相机，能够成像遥远的星系，它们的光比最暗的星星亮得多。
暗能量和暗物质
DES正在寻找暗能量，这是一个被提议的能量场，在宇宙中是一种排斥性的重力。当引力产生不可抗拒的吸引力时，暗能量推动宇宙以不断增长的速度膨胀，它的作用于1998年首次被观察到，我们对它的性质仍然有很多疑问。
然而通过测量在南方夜空中3亿星系的位置和距离，这项调查将能够对另一个天文谜题——暗物质进行重要的陈述。暗物质被认为是宇宙中最普遍的五倍。但它不与光、无线电波或任何形式的电磁能量相互作用。而且它似乎并没有聚集形成像行星和恒星这样的大型天体。
暗物质在暗能量调查中由2600万个星系的引力透镜测量得出。图片：Chihway Chang of the Kavli Institute for Cosmological Physics at the University of Chicago and the DES collaboration
没有办法直接看到暗物质(因此得名)。然而通过分析星系旋转的速度，可以间接地看到它的影响。如果你计算出星系可见质量所支持的旋转速度，你就会发现它们的旋转速度比它们应该的要快。通过所有的力量，这些星系应该被撕裂。经过几十年的研究，天文学家们得出结论，每个星系都含有暗物质，它们产生的额外引力将这些星系凝聚在一起。
宇宙中的暗物质
然而在更大范围的宇宙中，研究单个星系是不够的。另一种方法是必要的。为此，天文学家必须采用一种叫做引力透镜的技术。
1916年阿尔伯特·爱因斯坦预言了引力透镜效应，1919年阿瑟·爱丁顿爵士首次观测到这种现象。爱因斯坦的广义相对论说我们所经历的重力实际上是由时空曲率造成的。由于光在空间中直线传播，如果时空是弯曲的，那么它就会把目光投向一个观察者，就好像光在太空中走一条弯曲的路径。
这一现象可以用来研究宇宙中暗物质的数量和分布。科学家们在一个遥远的星系(叫做lensing星系)，它的另一个星系甚至更远的地方(称为观测的星系)，可以看到被观测到的星系的扭曲的图像。变形与透镜状星系的质量有关。因为透镜状星系的质量是可见物质和暗物质的结合，引力透镜使科学家能够直接观察暗物质的存在和分布，就像宇宙本身一样大。这一技术也适用于前景星系的大星系团扭曲了更遥远的星系群的图像，这是用来测量的技术。
DES协作最近发布了一项使用这种技术的分析。研究小组对来自地球四种不同距离的2600万个星系的样本进行了研究。离我们越近的星系越远。通过使用这项技术，仔细观察所有星系图像的变形，他们能够绘制出隐形暗物质的分布，以及它在过去70亿年里是如何移动和聚集的，或者是宇宙寿命的一半。
正如所料他们发现宇宙的暗物质是“块状的”。然而令人惊讶的是，这比先前的测量结果预测的要少一些。
其中一个相互矛盾的测量来自于大爆炸后最早的无线电信号，称为宇宙微波背景(CMB)。CMB包含了它38万年前宇宙中能量的分布。1998年，宇宙背景探测器(COBE)合作宣布，CMB并不是完全均匀的，而是有10万分之一的温度和冷点。威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)和普朗克卫星证实并改进了COBE测量。
在宇宙微波背景辐射和DES研究的时间间隔的70亿年之间，宇宙中更热的区域形成了宇宙的结构。在宇宙微波背景下捕获的非均匀能量分布，再加上引力的放大作用，使得宇宙中的一些地方变得更致密，而其他一些地方则更少。结果就是我们周围的宇宙。
CMB预测暗物质的分布是一个简单的原因：目前我们宇宙中物质的分布依赖于它过去的分布。毕竟如果过去有一堆物质，那物质就会吸引附近的物质，而这些物质会生长。同样如果我们要在遥远的将来投射，今天物质的分布也会影响明天。
因此在大爆炸后的38万年里，科学家们利用CMB的测量来计算宇宙在70亿年后的样子。当他们将这些预测与DES进行比较时，他们发现DES的测量比预测的要少一些。
不完整的拼图
在这两种测量中，不确定性或误差足够大，这意味着它们在统计上的显著性差异并不大。这仅仅意味着没有人能确定这两种测量方法是否真的存在分歧。可能是由于数据的统计波动或没有考虑到的小工具效应造成的差异。
即使是研究的作者也建议在这里保持谨慎。DES测量还没有经过同行评审。论文被提交发表，结果在会议上发表，但坚定的结论应该等到裁判报告出来为止。
那么未来是什么？DES有一个五年的任务，记录了四年的数据。最近公布的结果只使用了第一年的数据。最近的数据仍在分析中。此外完整的数据集将覆盖5000平方度的天空，而最近的结果只覆盖了1500平方度的数据，而只覆盖了一半的时间。因此，这个故事显然还没有完成。对完整数据集的分析直到2020年才会出现。
然而今天所取得的数据可能意味着，我们对宇宙演化的理解可能存在张力。而且，即使随着更多数据的分析，这种紧张关系消失了，DES合作仍在继续进行其他测量。记住“DE”这个名字代表暗能量。这个小组最终能够告诉我们一些关于过去的暗能量的行为，以及我们在未来能看到的东西。最近的测量仅仅是一个科学上令人着迷的时间的开始。
作者：Don Lincoln
来自：space
编译：中子星
审校：博科园
