北京時(shí)間8月28日，國(guó)際頂級(jí)科學(xué)期刊《自然》天文專刊在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)的一項(xiàng)最新研究成果，并于9月5日在《自然天文》的“新聞與觀點(diǎn)”（News & Views）欄目發(fā)表國(guó)際知名學(xué)者撰寫的解讀文章。國(guó)家天文臺(tái)趙公博研究員帶領(lǐng)的一支國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)通過對(duì)最新天文觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)了暗能量隨時(shí)間演化的證據(jù)（Zhao et al., 2017, Nature Astronomy, 1, 627）。此發(fā)現(xiàn)表明暗能量的本質(zhì)有可能不是愛因斯坦百年前提出的“宇宙學(xué)常數(shù)”，這對(duì)暗能量的研究具有重大意義。

 

    1998年國(guó)際上兩個(gè)研究小組利用對(duì)超新星的觀測(cè)，獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了宇宙的加速膨脹現(xiàn)象（該發(fā)現(xiàn)被授予2011年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）。理論上，宇宙的加速膨脹可能是由約占宇宙總能量密度70%，并具有負(fù)壓強(qiáng)的“暗能量”引起的。揭示暗能量的物理本質(zhì)是現(xiàn)代科學(xué)中最重大的課題之一。

 

    暗能量的物理性質(zhì)體現(xiàn)在其“狀態(tài)方程”中，即暗能量的壓強(qiáng)與能量密度的比值。在傳統(tǒng)的真空能-冷暗物質(zhì)（LCDM）宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型中，暗能量是愛因斯坦在1917年提出的“宇宙學(xué)常數(shù)”，即真空能，其狀態(tài)方程為值為-1的常數(shù)。在此模型中，暗能量不具有任何動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。

 

    2016年，趙公博研究員帶領(lǐng)國(guó)際大型星系巡天SDSS-III（BOSS）合作組，利用最新觀測(cè)數(shù)據(jù)和新方法，在宇宙演化的多個(gè)時(shí)期，以高精度測(cè)量得到了重子聲波振蕩（BAO）信號(hào)（Zhao et al., 2017, MNRAS, 466, 762）�；�于此測(cè)量，趙公博領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)利用其開發(fā)的暗能量重建方法（Zhao et al., 2012, PRL, 109, 171301），在3.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差水平發(fā)現(xiàn)了暗能量狀態(tài)方程隨時(shí)間演化的證據(jù)（Zhao et al., 2017, Nature Astronomy, 1, 627；https://www.nature.com/articles/s41550-017-0216-z）。這意味著暗能量的本質(zhì)可能不是真空能，而是某種動(dòng)力學(xué)場(chǎng)，如我國(guó)科學(xué)家張新民團(tuán)隊(duì)提出的quintom動(dòng)力學(xué)暗能量模型 （Feng, Wang & Zhang, 2004, PLB, 607, 35）。暗能量的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)還需要下一代大型巡天觀測(cè)的證認(rèn)。未來5-10年內(nèi)，我們期待世界上最大型的星系巡天eBOSS （趙公博擔(dān)任此項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)者之一）、DESI（國(guó)家天文臺(tái)是合作伙伴單位）、PFS（國(guó)家天文臺(tái)是合作伙伴單位）等項(xiàng)目將幫助人類揭開暗能量之謎。

    國(guó)家天文臺(tái)王鈺婷博士和張翰予同學(xué)作為核心作者參與了此項(xiàng)工作。此項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院和英國(guó)皇家學(xué)會(huì)高級(jí)牛頓學(xué)者基金的資助。 

 

　　利用最新觀測(cè)數(shù)據(jù)得到的暗能量狀態(tài)方程演化歷史（淡藍(lán)色陰影）。如圖所示，狀態(tài)方程偏離-1，并圍繞-1振蕩。此行為與quintom暗能量模型的預(yù)言一致。