宇宙暗能量存在的又一独立证据：重子声波震荡！

　　LEVEL 1——小编解读新发现暗能量是什么？这是天文学家为了解释宇宙加速膨胀的观测结果，而假设的一种东西。暗能量到底存在吗？目前天文学家用三种独立方法去进行证实，包括作为标准烛光的超新星超新星、宇宙微波背景辐射涨落谱，以及作为宇宙标准尺的重子声波震荡。近日，世界最大星系巡天eBOSS国际科技计划合作组织发布了最新科学结果，国家天文台领衔宇宙学研究，在红移0.8到2.2的范围内发现了显著的重子声波震荡！这个结果与之前的BAO数据结合，证实了暗能量的存在（6.5sigma置信度）。值得一提的是，这次发现的重子声波震荡首次采用了高红移类星体的统计结果，发现了类星体的结团特征，这恰恰是重子声波震荡被“冻结”在宇宙中的特征。LEVEL 2——小编解读关键词1、重子声波震荡？

　　就是宇宙中重子的“疙瘩汤”，其形成是由于早期宇宙声波形成的。这里的“声波”，是早期宇宙中，在引力和光子压强相互抗衡过程中产生的一种“声波”传播。2、红移空间畸变？

　　星系喜欢向物质结团稠密的地方运动，这种运动就是星系的本动。星系本动会使得星系在三维空间分布图像发生畸变。3、亮红星系？

　　亮红星系是又亮又红的星系，一般指的是大质量的椭圆星系。LEVEL 3——小编与你一起烧脑此处是正经的报道:世界最大星系巡天 eBOSS 国际科学合作组发布最新结果：国家天文台领衔宇宙学研究北京时间  2017年5月19日，世界最大星系巡天 eBOSS 国际科技计划合作组织发布了最新科学结果： eBOSS 合作组通过观测距离我们68  亿光年到 105 亿光年之间 (对应红移 0.8 到2.2 之间) 宇宙深处类星体的空间分布，发现了显著的重子声波振荡 (BAO)  信号。这是人类首次成功利用遥远的类星体探测宇宙的膨胀历史。结合这个测量与近期 BOSS 合作组等发布的 BAO 测量信号，宇宙大尺度结构星系巡天在6.5 个标准差水平上证实了暗能量的存在。这是除超新星、宇宙微波背景辐射观测之外的暗能量存在的又一独立证据。研究论文于  2017年5月19日在科学预印本网站发布 (http://arxiv.org/abs/1705.06373)。eBOSS  合作组于当天发布了研究成果  (链接：http://www.sdss.org/press-releases/astronomers-make-the-largest-map-of-the-universe-yet/)国家天文台赵公博研究员自2015 年起担任 SDSS-IV  extended  Baryon  OscillationSpectroscopic Survey  (eBOSS；2014-2020) 国际合作组星系成团性工作组联合组长。2015年至今，他领导 eBOSS  合作组按计划顺利完成了类星体巡天观测和数据处理，以及暗能量等宇宙学前沿问题研究。该研究证实了利用红移类星体开展宇宙学研究的可行性与优势，为后续  eBOSS  类星体、亮红星系以及发射线星系巡天奠定了坚实基础。国家天文台王钰婷博士、杜伟博士作为主要作者参与了本项目的研究。该项目受到国家自然科学基金委员会和中国科学院“宇宙结构起源”先导B类专项的支持。天文学家测绘出最大的宇宙图像斯隆数字化巡天 (SDSS) 团队的天文学家首次基于类星体在宇宙空间的位置分布，绘制了揭示宇宙大尺度结构的图像。类星体是由超大质量黑洞驱动的非常遥远的高光度天体。“类星体是非常明亮的，所以几乎在整个宇宙空间中，我们都能看到它们。” eBOSS 星系成团性工作组的负责人，俄亥俄州立大学的阿什利.罗斯说，“这使得它们成为我们绘制目前为止最大宇宙图像的理想天体”。类星体非比寻常的亮度是由于中心存在着超大质量黑洞。当物质和能量落向中心的黑洞，它们的温度不可思议地升高并放出耀眼的光辉。正是如此明亮的光辉让我们可以在地球上用2.5米直径的望远镜探测到它们。eBOSS 星系成团性工作组的另一位负责人，来自中国科学院国家天问台的赵公博讲到：“这些类星体非常的遥远，我们看到的是它们在宇宙诞生之后 30 亿年到 70 亿年间发出来的光，远在地球形成之前”。为了绘制这幅宇宙之图，科学家利用斯隆地基望远镜观测到了数量空前的类星体。在斯隆数字化巡天扩展的重子振荡光谱巡天 (eBOSS) 运行的两年里，天文学家就精确地测量了超过14.7 万颗类星体的三维空间位置。通过望远镜的观测我们可以推算类星体的距离，利用它们我们可以绘制类星体的三维空间分布。但是为了理解宇宙的膨胀历史，单单一张图是不够的，科学家们必须进一步使用精巧的技术分析数据，其中就包括重子声波振荡  (BAOs, baryon acoustic oscillations)。BAOs  是早期宇宙中的声波振荡留下的遗迹。早期的宇宙要比我们今天看到的宇宙热得多，并且密度很高。在宇宙爆炸后约 38  万年，由于条件的突然改变，声波振荡信息被“冻结”。这些冻结的声波在宇宙的三维结构中留下了我们今天看到的印记。这些被冻结的信号，即原初的重子声波振荡，产生的过程其实很简单。因此，我们能够很好地理解原初  BAO 信号。从宇宙大爆炸后 38 万年到今天的宇宙都包含相同的 BAO 信号。所以 BAO  可以作为“标准尺”来测量宇宙距离。这就像在足球场上我们可以通过测量米米尺相对于观测者的视角来估计球场的长度。“如同可以米来测量较小的长度单元，用公里或英里来测量城市间的距离，在宇宙学中我们用  BAO 尺度测量星系和类星体之间的距离。”来自巴黎-萨克雷大学的博士生保利娜.萨罗克解释说，她测量了投影的 BAO 信号。3在此之前，SDSS  团队已经对近邻星系以及星际尘埃粒子做了 BAO  测量，将这项技术应用到了越来越早期的宇宙。当前的研究结果覆盖了全新的宇宙时间范围，测量到了地球形成之前 20 亿年前的宇宙。最新的研究结果确认了  20  年来科学家们建立起的标准宇宙学模型。该模型框架下，宇宙演化遵从爱因斯坦广义相对论的预言。该理论中包括可观测的，但是本质仍未知的能量组分。除了构成像恒星和星系等的普通物质外，宇宙中还包括不可见的，但具有引力效应的暗物质，以及神秘的暗能量。在当前宇宙中，暗能量占据主导地位，并推动当前宇宙加速膨胀。“我们的结果与爱因斯坦广义相对论理论相一致”，  来自巴黎物理核高能实验室的赫克托.吉尔马林说， “我们现在有了跨越一定宇宙学距离的 BAO  信号测量，结果一致表明简单的宇宙学模型可以和观测符合得很好。”虽然我们了解引力在宇宙学尺度如何起作用，但并非清楚所有。比如究竟暗能量是什么。来自朴茨茅斯大学的 eBOSS 巡天科学家威廉.珀西瓦尔说，“我们想进一步理解暗能量。利用像 eBOSS 这样的巡天揭示暗能量在宇宙演化中的奥秘。”eBOSS  项目通过在美国新墨西哥阿帕奇山顶天文台的斯隆望远镜仍在进行巡天观测。随着 eBOSS  项目的推进，天文学家将观测到更多的类星体和近邻星系，测绘的宇宙图像也将随之增大。eBOSS 结束之后，下一代巡天项目，包括暗能量光谱仪  (DESI)、欧洲空间局 Euclid卫星等项?，将拉开帷幕。这些项目将测绘出比 eBOSS 的图像精度高 10  倍的宇宙图像，揭示未知的宇宙和暗能量的奥秘。宇宙三维图像切片图。观测者到星系和类星体的距离以回溯时间  (lookback time) 标注。回溯时间表示从遥远天体发出的光到达观测者所经历的时间。图中红点表示类星体 (拥有超大质量黑洞的星系)  的坐标位置，黄色点对应斯隆数字化巡天 (SDSS) 观测到的近邻星系。右边缘对应可观测宇宙的极限，从中可以看到大爆炸之后留下的宇宙微波背景  (Cosmic Microwave Background, CMB)。图中所示是欧洲航天局的 Planck  卫星观测到的宇宙微波背景涨落。类星体和可观测宇宙边缘的中间黑色区域称作黑暗时期，表示大部分的恒星，星系或类星体还未形成的时期 (图像版权：阿南德·赖久尔和 SDSS 合作组)本文联合：企鹅科学“漫步宇宙”栏目、科普中国共同推出