目前，標準宇宙模型「ΛCDM（Lambda-Cold Dark Matter，宇宙常數–冷暗物質模型）」是現代宇宙學的主流理論架構，成功解釋了宇宙中大尺度結構的形成與演化。根據該模型，宇宙中僅有約5%的物質為我們熟知的普通物質，其餘則由暗物質（約25%）與暗能量（約70%）構成。暗能量被視為驅動宇宙加速膨脹的來源，並假設其能量密度隨時間保持不變，也就是所謂的「宇宙常數（Λ）」。然而，兩項最新的大型國際合作計畫，暗能量光譜儀（DESI）與暗能量調查（DES），其研究開始挑戰這項假設，指出暗能量可能會隨時間演化，進而動搖我們對宇宙膨脹的基本認識。
暗能量光譜儀：揭示宇宙膨脹歷程的高精度地圖
「暗能量光譜儀（Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI）」計畫由美國能源部勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）主導，儀器安裝於美國亞利桑那州基特峰國家天文臺（Kitt Peak National Observatory）的梅奧爾4公尺望遠鏡（Mayall Telescope）上。DESI 配備能同時觀測 5,000 個天體光譜的先進儀器，目標是在五年內測量約 5,000 萬個星系與類星體，目前已進入第四年。
研究團隊近日公佈了前三年觀測的初步成果，繪製出迄今為止最精確、規模最大的宇宙三維地圖，涵蓋近 1,500 萬個星系與類星體的空間分佈，清楚描繪出由重力主導形成的宇宙大尺度結構。這些資料不僅拓展了我們對宇宙結構的理解，也為研究宇宙膨脹歷程提供了關鍵依據。
圖說：這張圖顯示了DESI第三年觀測資的兩個主要區域，分佈於銀河系平面上下方，形似兩把「扇形」結構。這是目前為止製作出最大宇宙三維地圖的觀測計畫，並以此研究暗能量。圖中地球位於兩個扇形的中心，顏色越偏藍表示天體越遙遠。 Credit: DESI Collaboration/DOE/KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. Proctor
其中，研究團隊追蹤了宇宙的「重子聲波震盪」（Baryon Acoustic Oscillations）尺度變化。這種規律性結構源自宇宙早期物質在重力與輻射壓力互動作用下的密度波動，至今仍保留在星系的分佈中，可作為標準宇宙尺，用以測量不同時期宇宙的膨脹速率。就這項測量而言，DESI 的精確度為目前全球之最。
根據 DESI 本身的資料分析，初步結果與標準宇宙模型 ΛCDM 基本一致。然而，當研究團隊將這些觀測結果進一步與宇宙微波背景輻射、超新星與弱重力透鏡等其他觀測資料結合時，發現暗能量的影響力可能隨時間減弱，顯示宇宙學常數可能並非真正的「常數」。目前的統計偏離程度為 2.8 至 4.2 個標準差，雖尚未達到物理學界公認的 5 個標準差門檻，但足以引起學術界的高度關注與討論。
為降低分析過程中可能出現的無意識偏差（unconscious bias），研究團隊採用盲測技術，在分析流程結束前不揭示關鍵結果，直到最後才解鎖。為未來處理大型光譜觀測資料建立了新的分析流程。此外，DESI 也正式釋出了第一批資料（DR1），涵蓋超過 1,870 萬個天體，包括 1,310 萬個星系、1,600 萬個類星體與 400 萬顆恆星。這批資料已全面開放，供全球研究與教學使用，進一步推動對宇宙結構與暗能量性質的理解。
影片說明：這段影片帶領觀眾探索DESI第三年資料地圖。這是迄今為止最大的宇宙三維地圖，並用來研究暗能量。影片從地球出發，逐步向外延伸至越來越遙遠的天體。
暗能量調查：觀測資料支援暗能量可能隨時間變化
與此同時，另一項國際合作計畫「暗能量調查（Dark Energy Survey, DES）」也公佈了其最終資料的分析成果。該計畫由美國能源部費米國立加速器實驗室（Fermi National Accelerator Laboratory）領導，使用安裝於智利托洛洛山美洲際天文臺（Cerro Tololo Inter-American Observatory）布蘭科4公尺望遠鏡（Víctor M. Blanco Telescope）的「暗能量相機」（Dark Energy Camera, DECam）進行六年、共 758 晚的觀測，涵蓋了近全天空八分之一的區域。
圖說：位於智利托洛洛山美洲際天文臺（Cerro Tololo Inter-American Observatory）布蘭科4公尺望遠鏡（Víctor M. Blanco Telescope）。這座望遠鏡搭載擁有5.7億畫素的「暗能量相機」，用以執行暗能量調查（DES）。 Credit: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Horálek (Institute of Physics in Opava)
DES 結合了超新星測量、星系聚集分析與弱重力透鏡等多種觀測手段，並著重分析兩項關鍵的宇宙膨脹追蹤指標：重子聲波震盪與 Ia 型超新星。其中，重子聲波震盪分析顯示，從 1,600 萬個星系中測得的尺度比 ΛCDM 模型預測值小約 4%；而 Ia 型超新星資料則不僅提供了極為精確的距離測量，也在 2024 年的分析中單獨呈現出與標準模型預測略有偏離的結果。這些來自兩項獨立指標的偏差在交叉比對後得以相互驗證，進一步提升其可信度。
進一步將上述觀測資料與宇宙微波背景資料整合後，研究團隊推匯出暗能量可能並非恆定，而是隨時間演化的動態現象。DES 的最終分析預計將於今年稍晚完成，屆時將納入更多宇宙學觀測指標進行交叉驗證。若這一結果獲得確認，將可能改變我們長期以來對宇宙學常數的理解。
宇宙的未來會怎樣？或許將迎來突破
儘管目前關於暗能量是否隨時間變化的證據仍未達到確定性標準，DESI 與 DES 的研究結果已彼此呼應，並與其他宇宙學觀測出現相似趨勢，引起科學界高度關注。無論如何，暗能量都主宰了宇宙的未來，隨著更多觀測資料的累積與分析方法的提升，我們或許將邁向解開暗能量本質與宇宙命運之謎的關鍵一步。（編譯 / 段皓元）
資料來源：NOIRLab
Tantalizing Hints That Dark Energy is Evolving — New Results and Data Released by the DESI Project
Latest Dark Energy Survey Data Suggest Possible Variations in Dark Energy Over Time
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