科学家预期发现宇宙暗能量动力学演化

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　　近期，世界最大星系巡天eBOSS国际科技计划合作组织在英国皇家天文学会期刊MNRAS上发布了一组科学目标综述论文。其中，中国科学院国家天文台研究员赵公博领导的研究团队，发表了一项倍受瞩目的研究报告，预期eBOSS巡天将有可能在3s置信度水平上(即99.7% CL)发现宇宙暗能量动力学演化。

　　赵公博课题组近期与SDSS-IV extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey(eBOSS;2014-2020)国际合作组一起，完成了对eBOSS巡天的宇宙学预研究。此研究根据eBOSS巡天参数以及具体巡天计划，量化了利用eBOSS巡天的亮红星系、发射线星系和类星体在红移区间0.6到2.2范围内，测定重子声波振荡(BAO)、红移畸变(RSD)以及宇宙学参数的精度。研究发现，与刚刚顺利结束的SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey(BOSS;2009-2014)巡天相比，eBOSS将有能力把暗能量状态方程的品质因数(FoM)提高3倍左右。这意味着eBOSS巡天将有可能在3s置信度上发现暗能量动力学(赵公博等人利用BOSS数据已经在2.5s置信度发现了暗能量动力学迹象;Zhao et al., 2012, PRL, 109, 171301)。，eBOSS还将有可能区分Normal Hierarchy和Inverted Hierarchy两种中微子质量的简并模式。此研究已于2月11日发表在MNRAS上(Zhao et al., 2016, MNRAS, 457, 2377, arXiv: 1510.08216)。文章主要结果见下图所示。此成果是eBOSS国际合作组首批发布的包括eBOSS巡天综述(Dason et al., 2016, AJ, 151, 44)和eBOSS巡天选源(Myers et al., 2015, ApJS 221, 27; Raichoor et al., 2016, A&A 585, A50)等在内的几篇学术论文之一。赵公博课题组成员(博士后王钰婷、学生王丹丹、张悦鋮、张瀚宇、高鹏远)，国家天文台研究员周旭、副研究员邹虎和清华大学教授陶嘉琳参与了此项国际合作研究。该研究是中科院战略先导B类专项支持的重点国际合作研究计划。

BOSS和eBOSS的BAO探测能力比较。与BOSS相比，eBOSS将在更深、更大的红移范围内测量BAO。

　　eBOSS巡天对于暗能量状态方程参数的限制预测(蓝色阴影区域)。对比目前的BOSS观测限制(灰色阴影区域)，eBOSS巡天将把暗能量状态方程参数的品质因数限制提高3倍(蓝色阴影)。

eBOSS巡天对于中微子质量的限制预测(灰色阴影)。如图所示，eBOSS(结合其他观测数据)将有可能区分Normal Hierarchy和Inverted Hierarchy两种中微子质量简并模式。上图摘自Zhao et al., 2016 (MNRAS, 457, 2377, arXiv: 1510.08216)。

　　SDSS4的巡天宣传图
 

　　“重子声波振荡巡天”(BOSS，2009-2014)，作为美国著名SDSS巡天计划的一部分，利用一台2.5米口径的光学望远镜，对10000平方度的天区进行了观测，得到了红移0.6以下的一百多万颗亮红星系(LRG)的光谱，并把重子声波振荡(BAO)的距离测量精度提高至1%的水平。

　　2014年7月，作为BOSS的后续项目，“拓展重子声波振荡巡天”(eBOSS;2014-2020)正式启动，这是目前世界上正在运行的最大星系光谱巡天计划。该巡天计划依托BOSS项目使用的SDSS 2.5米望远镜，将在7500平方度的天区范围内，在更深的红移，利用多种类型的天体，在1-2%的精度上测量宇宙重子振荡(BAO)和红移畸变(RSD)信号，对于揭示宇宙学核心组分——暗能量属性等前沿研究具有重要意义。在中科院战略先导项目的重点支持下，国家天文台于2013年正式加入SDSS-IV项目，成为所级成员单位(Full Institutional Member)。除eBOSS项目外，SDSS-IV项目还包括近邻星系动力学巡天MaNGA以及银河系巡天APOGEE-II，国家天文台科研人员也已积极深入开展合作研究，并取得了初步成果。