美国马里兰州国家港口——天文学家发现，星系之间最常见的距离约为 4.9 亿光年，这是迄今为止对这个关键宇宙长度尺度的最精确测量。研究人员利用这个尺度，计算出的天文距离的误差率达到了创纪录的 1%，这项测量有助于阐明导致宇宙加速膨胀的神秘暗能量背后的原因。
1.5 亿秒差距，或近 4.9 亿光年的间隔，是宇宙诞生的产物，它在物质密度中产生了微小的涟漪，导致某些地方的物质聚集在一起，成为星系的种子。当宇宙年轻且非常热时，这些密度过高的区域无法承受自身的压力，因此它们向太空发射了声波，这些声波一直传播到宇宙冷却下来并形成中性原子。“基本上宇宙中的每个区域都发出了一种声波，这种声波传播的距离在今天看来是 1.5 亿秒差距，”哈佛-史密森天体物理学中心的丹尼尔·艾森斯坦说。而当这些声波停止的地方，它们也推动了那里的物质，使其也更有可能形成星系的种子。艾森斯坦指导了斯隆数字巡天 (SDSS) III，该项目收集了用于测量的数据，他今天在美国天文学会第 223 次会议上展示了结果。
这些星系在空间中分布的周期性涟漪被称为重子声波振荡，它们对于理解宇宙的演化具有深远的影响。利用这些振荡，天文学家可以将当今星系之间的距离与宇宙诞生后不久这些涟漪的大小进行比较，从而了解空间是如何随着时间推移而伸展的。“它真正使我们能够非常精确地追踪宇宙的膨胀历史，”艾森斯坦说。反过来，这限制了驱动这种加速膨胀的暗能量的性质。
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这项新的测量来自一个名为 BOSS（重子振荡光谱巡天）的项目，该项目使用了 SDSS-III 捕获的 120 万个星系位置图。重子声波振荡最早是由 SDSS 和另一个名为 2dF 星系红移巡天的项目团队于 2005 年测量的。“最初的测量只是初步的探测，”澳大利亚国立大学的马修·科尔莱斯说，他领导了 2dF 实验。“最新的 BOSS 结果是真正的精密宇宙学。” 科尔莱斯目前正在进行两个实验，即 6dF 星系巡天和 WiggleZ 暗能量巡天，它们分别测量了比 SDSS-III 可以达到的更近和更远的距离处的重子声波振荡。然而，对于它覆盖的范围，SDSS-III 实现了显着更高的精度。“这绝对是一个令人印象深刻的里程碑，它为我们当前的宇宙学提供了一个基石，”暗能量的共同发现者之一，巴尔的摩太空望远镜科学研究所的亚当·里斯说，他没有参与 BOSS。“这些测量非常困难，暗能量非常神秘，所以我们正在非常努力地理解它。”
暗能量是什么，以及它是否随时间变化，是物理学中最大的未解之谜中的两个。如果它是一种静态属性，那么它的行为非常类似于阿尔伯特·爱因斯坦在 20 世纪初提出广义相对论方程时构想的“宇宙学常数”。爱因斯坦最初添加常数项是为了迫使他的方程预测一个静态宇宙，但一旦科学家意识到宇宙实际上正在膨胀，他就放弃了这个概念。然而，在 1990 年代，当科学家发现暗能量时，他们又重新提出了这个想法。
最新的重子声波振荡测量结果与基于宇宙学常数的预测非常吻合。“今天的数据与宇宙学常数是一致的，但提高精度的目标是尝试进一步检验这一点，”艾森斯坦说。如果暗能量是宇宙学常数，那么科学家们仍然不清楚它为什么会存在。一些研究人员希望在像这样的测量中出现与宇宙学常数模型的细微偏差，从而为更深入地解释暗能量指明方向。“至于期望有多大的偏差，”里斯说，“这确实是一个问题——我们只是不知道。”