来自110亿年前的DESI光子来到地球的三维旅程，它穿过了邻近的亮星系（黄色），亮红星系（红色），发射线星系（绿色），类星体（蓝色），以及被类星体衬托出的星系间介质（白线）。视频中这一块天区的体积虽然只有你手臂的大小，但却穿过了3万多个星系，被DESI观测了五个小时。在未来的五年内，DESI将观测一千倍类似这样体积的宇宙三维空间。(credit:David Kirkby/DESI collaboration)
国际合作的暗能量光谱仪巡天项目（Dark Energy Spectroscopic Instrument; 简称DESI）的主要目标是精确观测宇宙中星系大尺度结构分布的三维结构，从而揭示宇宙加速膨胀和暗能量的奥秘。DESI 是一个包含来自13个国家近80个研究单位的500多名研究者的国际合作项目（管理单位是美国伯克利国家实验室），而上海交大物理与天文学院天文系则是中国唯一一个正式加入DESI项目的完全成员单位，上海交大物理与天文学院天文系的学生（包括本科生和研究生）和博士后研究者已经在DESI科学预研究中做出了重要贡献。比如，上海交大物理与天文学院天文系的杨小虎教授利用DESI的测光选源数据，构建了当前最大最完备的星系群样本，此样本将会在DESI光谱巡天中得到进一步观测。
北京时间2021年5月17日晚9点，DESI项目在美国亚利桑那的基特峰国家天文台正式开始观测。在这之后的五年中，DESI将观测到来自于约三千万远方星系的古老光子，并利用这些光子组成的光谱能量分布来测量宇宙的加速膨胀速度、宇宙中大尺度结构的增长和形成历史、以及星系本身的形成和演化历史。作为目前世界上最大的光谱巡天项目，DESI观测到的星系光谱数目将会是之前所有巡天观测到的光谱数之和的十倍，让我们能够一直观测到宇宙110亿年之前的古老星系分布。正因如此，DESI也是下一代暗能量巡天中最富有野心的项目，其科学目标是回答现在困扰整个人类文明的关乎宇宙命运的终极问题：暗能量的本质是什么？宇宙大尺度上，爱因斯坦的广义相对论是否仍然成立，或是需要修改才能解释宇宙结构的增长与加速膨胀？
仙女座大星云的星系盘角直径约为3度。这么大的一块天区可以被DESI单次观测时完全覆盖（图中浅绿色的网格状圆盘）。这里每一个小圆形网格代表了一个机械光纤定位器可以探测的区域，DESI光谱仪总共有5000个这样的光纤。图上的光谱来源于一根光纤观测到的仙女座大星云背后的遥远的类星体，这些古老的光子来自110亿年之前的宇宙。(Credit: DESI collaboration and DESI Legacy Imaging Surveys)
为了保证DESI在今天能够按时正式启动，整个DESI合作团队此前已经开展了大约四个月的紧锣密鼓的试运行，并在这个阶段不断调试和优化光谱仪，以期达到最佳的光谱巡天状态。DESI的强大之处在于，即便仅仅是在这四个月的试运行中，DESI已经成功观测到了四百万根星系光谱，这个数字已经比之前任何光谱巡天获得的数据要多。在试运行期间，祖颖副教授及其团队博士后Jesse Golden-Marx已开始利用DESI设备对星系团的成员星系进行光谱跟踪观测，从而为DESI的星系团宇宙学研究构建一个中低红移的光谱星系团黄金样本。
DESI的巡天效率如此之高，主要原因是她采用了大视场多光纤光谱采集技术。DESI光谱仪安装于基特峰天文台上的4米马约尔望远镜上，在单次曝光中可以利用机器臂同时操作5000根光纤进行光谱观测，从而得到5000根光谱。正因如此，即便马约尔望远镜并非世界上最大的望远镜，DESI的光谱观测效率仍然是全世界最高的 --- 一个名副其实的“光谱工厂”。
DESI焦平面的一小块区域。您能够清晰地看到DESI的机械光纤定位器，上面泛着蓝光的部分就是光纤探测器。(Credit: DESI collaboration)
在未来的五年中，上海交大物理与天文学院天文系将继续全面投入DESI巡天数据的分析和研究中，包括基于DESI星系样本的高精度宇宙学数值模拟，暗能量与修改引力，星系内气体的化学丰度演化，宇宙暗物质密度场的重构，星系团宇宙学，星系的红移空间畸变，发射线星系与暗物质晕之间关系等前沿科学。
微信公众号
