在當今領先的宇宙學模型中，宇宙的大部分是不可見的。宇宙大約95%是由暗物質和暗能量組成的。科學家們仍然不知道。那麼什麼是東西呢？但他們的影響力是毋庸置疑的。暗物質提供了一種特殊的引力，有助於塑造星系和星團。另一方面，暗能量與宇宙的加速膨脹有關。這是因為這些成分不發光。因此，研究人員通過追踪這些成分如何影響可見宇宙來了解它們。芝加哥大學的天體物理學家正在通過研究天空的新區域來更好地了解隱藏的宇宙。
2013 年至 2019 年間，暗能量巡天 (DES) 使用智利托洛洛山美洲天文台 4 米布蘭科望遠鏡上的暗能量相機 (DECam) 收集了觀測結果。在此期間，DES 測量併校準了 5,000 平方度（約八分之一）天空中超過 1.5 億個星系的形狀。測量這些星系的形狀有助於科學家估計質量在整個宇宙中的分佈以及暗能量的行為方式。
DES 還在最近涉及 Lambda-CDM 模型 (LCDM) 的重大謎團中發揮了作用，LCDM 是一種用於描述宇宙的標準框架。一些使用 DES 等星系巡天對附近宇宙進行的研究似乎與基於早期宇宙的預測不一致。這是從宇宙微波背景輻射（CMB）推斷出來的，它是大爆炸的剩餘輻射。
儘管 DECam 是為了支持 DES 而構建的，但它仍然收集核心 DES 範圍之外的許多圖像。在《天體物理學開放雜誌》上的一篇新論文中，芝加哥大學的天體物理學家使用了這些額外的觀察結果。通過添加 DES 邊界外數千平方度的數據，具有可測量形狀的星係數量幾乎增加了一倍，因為這些圖像最初由於透鏡作用較弱而沒有被記錄。因此，擴展的數據集提供了一種重新檢查先前 LCDM 不一致性的獨立方法。
弱引力透鏡 為什麼星系的形狀很重要？
當質量折射光時，就會發生引力透鏡效應。它是研究宇宙中質量所在位置的最強大工具之一。這包括正常物質和暗物質。天文學和天體物理學副教授、暗能量相機全數據無處不在（DECADE）項目負責人 Chihway Chang 表示，它還可以幫助闡明暗能量的作用。
在低重力鏡頭中，星系看起來不會很拉伸。但它們的形狀因穿過它們及其周圍的光線而略有扭曲（加工）。物質在前往地球的途中信號非常小。因此，研究人員依靠統計方法來檢測它們。
天文學和天體物理學博士生、DECADE 系列的首席分析師和第一作者 Dhayaa Anbajagane 表示：“測量弱透鏡是最好的驗證方法。由於物質的‘模糊性’，量化這種密度有助於揭示星系和星系團等結構的起源和演化。這類似於測量居住在一個地區的人口（這個問題）的分佈。並利用這些信息來了解諸如景觀的地形或城市區域的位置或年齡（影響結構起源和演變的因素）
測量銀河距離並測試標準宇宙學模型
在 DECADE 工作中，研究人員測量了超過 1 億個星系的形狀。他們還通過分析每個星系的光向紅色波長移動（紅移）的程度來評估這些星系的距離。這些變化表明星系遠離的速度有多快。並可用於計算距地球的距離。
掌握了星系的形狀和距離後，團隊就能夠根據他們的觀測結果調整 LCDM 模型。 LCDM 是一種廣泛使用的宇宙學模型，它解釋了暗能量、暗物質、正常物質、中微子和輻射。 “這是一個經過充分測試的模型。它在過去十年中經受住了多次測試。我們的數據點將豐富這個故事，”張說。
DECADE的結果表明，宇宙結構的生長符合LCDM的預測，這與之前弱透鏡效應的研究一致。此外，當將我們的約束與源自早期宇宙宇宙微波背景的約束進行比較時，我們也同意。 “最後一點在過去五年中一直是爭論的主題。根據我們的新結果，我們可以說我們沒有看到弱光學和宇宙微波背景之間存在任何緊張關係。”
Anbajagane 說：“我們還能夠將 DECADE 透鏡測量與 DES 結合起來，使用迄今為止覆蓋最廣闊天空（13,000 平方度）的最大數量的星系（2.7 億）進行星系透鏡分析。”因此，我們可以在分析中做出非常謹慎的選擇，例如僅創建或使用我們最信任的措施。相反，它們都是有用或可行的措施。並繼續進行足夠準確的測量，以便與 CMB 的數據進行有意義的比較。 ”
根據存檔的望遠鏡圖像創建的開創性調查
DECADE 使用與 DES 不同但程度相當的天空部分，對弱透鏡結果是否符合 CMB 預期進行了獨立驗證。費米實驗室科學家、芝加哥大學天文學和天體物理學副教授 Alex Drlica-Wagner 負責領導“十年”觀測活動，他指出，從一開始就不能保證成功。 “目前尚不清楚 DECADE 數據集是否具有足夠的質量來進行宇宙學分析。但我們已經表明，此類數據集可以產生明確的結果，”他說。
Anbajagane 解釋說，該項目的一個獨特之處在於圖像質量決策，探索了傳統鏡頭的使用。 Weak 匯集了多年來近十萬張獨特創作的圖像。許多框架在不符合嚴格標準時會被拒絕。 “DECADE項目的獨特之處在於它重複使用了存檔數據。這些是天文學界為各種科學目的而拍攝的圖像。從矮星系和恆星到遙遠星系團的研究。並使用更寬鬆的圖像質量準則。我們的工作表明，即使我們沒有專門的基於鏡頭的成像活動，也可以進行有效的鏡頭分析，”他說。
這種方法可能會影響研究人員未來處理弱光學研究的方式。包括維拉·魯賓遺產時空巡天 (Rubin LSST) 的工作在內，更多地使用共享圖像可能有助於提高宇宙學測量的準確性。該團隊使用存檔圖像的能力還取決於由物理學博士生 Chin Yi Tan 領導的仔細圖像檢查。
龐大的公共星系目錄和全球協作
與 DES 相結合，最終目錄將覆蓋大約三分之一的天空（13,000 平方度）並包括 2.7 億個星系。該目錄將於今年秋天向科學界發布。研究人員已經開始將這些圖像用於其他研究，包括矮星系和宇宙質量的新地圖。 “我們正在與科維理宇宙物理研究所的專家一起積極努力對我們的數據應用其他分析方法，”Anbajagane 說。
DECADE 分析匯集了來自芝加哥大學、費米實驗室和 UIUC NCSA 的科學家，以及來自阿貢、威斯康星大學麥迪遜分校和其他機構的合作者。 “它的所有不同組件都非常特別。這些組件位於走廊上，”Chang 說。 “這也幫助我們互相學習。並為該項目帶來了意想不到但美妙的結果。”
