1998 年，天體物理學家發現宇宙正在加速膨脹，這歸因于一種稱為暗能量的神秘實體，它約占宇宙的 70%。雖然早期的測量預示著這一發現，但這一發現多少有些令人驚訝。當時，天體物理學家一致認為，由于引力，宇宙的膨脹應該會減慢。

天體物理學家通過觀察特定類型的爆炸恒星(稱為 Ia 型(讀作“1-A 型”)超新星)實現了這一革命性發現，并于 2011 年榮獲諾貝爾物理學獎。

現在，在最初發現 25 年后，從事暗能量調查的科學家們發布了使用相同技術進行前所未有的分析結果，以進一步探索暗能量和宇宙膨脹的奧秘。他們對 DES 超新星巡天所獲得的宇宙膨脹施加了最嚴格的限制。

在 1 月 8 日美國天文學會第 243次會議上的演講以及 1 月份提交給《天體物理學雜志》的一篇論文中，題為“暗能量巡天：使用暗能量調查得出約 1500 個新的高紅移 Ia 型超新星的宇宙學結果完整的 5 年數據集，”DES 天體物理學家報告的結果與現在加速膨脹的標準宇宙學模型一致。然而，這些發現還不足以排除可能更復雜的模型。

采用獨特的分析方法

暗能量巡天是一項國際合作項目，由美國費米國家加速器實驗室成員領導的超過 25 個機構的 400 多名天體物理學家、天文學家和宇宙學家組成。DES 使用暗能量相機繪制了幾乎整個天空八分之一的區域，暗能量相機是由費米實驗室制造并由美國科學辦公室資助的 570 兆像素數碼相機。它安裝在美國國家科學基金會托洛洛山美洲天文臺的維克多·M·布蘭科望遠鏡上，該天文臺是 NSF NOIRLab 2012 年的一個項目。DES 科學家在六年中收集了 758 個夜晚的數據。

為了了解暗能量的本質并測量宇宙的膨脹率，DES 科學家使用四種不同的技術進行分析，其中包括 1998 年使用的超新星技術。

這項技術需要來自 Ia 型超新星的數據，這種超新星是在一顆極其致密的死亡恒星(稱為白矮星)達到臨界質量并爆炸時發生的。由于所有白矮星的臨界質量幾乎相同，因此所有 Ia 型超新星的實際亮度大致相同，并且任何剩余的變化都可以校準。因此，當天體物理學家比較從地球上看到的兩顆 Ia 型超新星的視亮度時，他們可以確定它們與我們的相對距離。

天體物理學家通過跨越廣泛距離的大量超新星樣本來追溯宇宙膨脹的歷史。對于每顆超新星，他們將其距離與其紅移測量結合起來——由于宇宙的膨脹，它遠離地球的速度有多快。他們可以利用該歷史來確定暗能量密度是否保持恒定或隨時間變化。

“隨著宇宙的膨脹，物質密度會下降，”費米實驗室和芝加哥大學科學家、DES 主任兼發言人 Rich Kron 說道。“但如果暗能量密度是一個常數，那就意味著暗能量的總比例必定隨著體積的增加而增加。”

十年努力的結晶

標準宇宙學模型是 ΛCDM，或 Lambda 冷暗物質，或 Lambda 冷暗物質，該模型基于暗能量密度在宇宙時間內保持恒定。它僅使用一些特征(例如物質密度、物質類型和暗能量行為)告訴我們宇宙是如何演化的。超新星方法很好地限制了其中兩個特征：物質密度和一個稱為w的量，它指示暗能量密度是否恒定。

根據標準宇宙學模型，宇宙中暗能量的密度是恒定的，這意味著它不會隨著宇宙的膨脹而稀釋。如果這是真的，則字母w表示的參數應等于 –1。

當 DES 合作在內部公布他們的超新星研究結果時，這是十年努力的頂峰，也是許多參與其中的天體物理學家的激動人心的時刻。“我在發抖，”澳大利亞昆士蘭大學教授、DES 超新星工作組聯合召集人塔瑪拉·戴維斯 (Tamara Davis) 說。“這絕對是一個激動人心的時刻。”

結果發現，單獨使用超新星時， w = –0.80 +/- 0.18。結合歐洲航天局普朗克望遠鏡的補充數據，w在誤差線內達到 –1。

“令人著迷的是， w并不完全在 –1 上，但足夠接近，與 –1 一致，”戴維斯說。“可能需要一個更復雜的模型。暗能量確實可能會隨著時間而變化。”