宇宙两大谜题同时破解！DESI望远镜捕捉暗能量黑洞，还测出中微子质量

宇宙加速膨胀的“幕后推手”暗能量、穿透人体却不留痕迹的“幽灵粒子”中微子——这两大物理学未解之谜，最近被一项研究同时撕开了突破口。发表在《物理评论快报》的新成果显示，位于美国基特峰国家天文台的暗能量光谱仪（DESI），通过5000只“机器眼睛”观测宇宙深处，不仅证实暗能量会随时间变化，还首次用“暗能量黑洞”模型，测出了中微子的真实质量。这场跨越130亿光年的观测，可能彻底改写人类对宇宙的认知。

先搞懂：DESI是什么？5000只“眼睛”盯着宇宙的过去

要理解这项研究，得先认识这次的“主角”——暗能量光谱仪（DESI）。它坐落在亚利桑那州南部的Iolkam Du'ag山脉，由托赫诺奥奥德姆部落管理的基特峰国家天文台负责运行，是目前人类探索暗能量最强大的“武器”。

DESI的核心是5000个可独立调节的“光纤光谱仪”——相当于5000只“机器眼睛”。每15分钟，这些“眼睛”就会同步对准天空中一个新的区域，同时收集3000多个星系的光谱数据。光谱就像星系的“指纹”，通过分析光谱的红移（星系远离地球时波长变长的现象），科学家能算出星系的距离和运动速度，进而回溯宇宙不同时期的膨胀情况。

“过去观测暗能量，一次只能看几个星系，DESI让我们实现了‘批量观测’。”研究团队成员、亚利桑那大学天文学家凯文·克罗克（Kevin Croker）解释道，“它第一年就收集了超过100万个星系的光谱，覆盖了宇宙130亿年的历史——相当于从宇宙诞生后8亿年，一直看到现在。”

正是这些海量数据，为破解暗能量和中微子的谜题，提供了关键线索。

颠覆性发现：暗能量不是“恒定值”，而是恒星死亡变来的

长期以来，科学家们认为暗能量是宇宙诞生时就存在的“宇宙常数”，密度始终不变，像一只“无形的手”推动宇宙加速膨胀。但DESI的新数据彻底推翻了这个假设——暗能量的密度正在随宇宙时间增加，而且这种增加，可能来自恒星死亡后形成的黑洞。

研究团队提出的“宇宙耦合黑洞（CCBH）假说”，给出了一个颠覆性的解释：

1. 黑洞里藏着暗能量“气泡”：大质量恒星（质量超过太阳8倍）耗尽核燃料后，核心会坍缩成黑洞。而根据CCBH假说，恒星物质在坍缩过程中，不会完全变成黑洞的“奇点”，而是有一部分转化为暗能量，形成包裹在黑洞周围的“暗能量气泡”；

2. 暗能量随恒星死亡增多：宇宙诞生初期没有恒星，因此也没有暗能量；随着宇宙冷却、星系形成，恒星开始诞生和死亡，暗能量也随之不断产生；

3. 暗能量密度与恒星形成率匹配：DESI观测到的暗能量密度变化，正好与哈勃望远镜、詹姆斯·韦伯望远镜几十年来测量的“恒星形成率”完全吻合——恒星死亡越频繁的时期，暗能量增加越快，宇宙膨胀速度也越快。

“这就像给暗能量找到了‘来源’。”研究合著者、伦敦大学学院天文学家邓肯·法拉（Duncan Farrah）说，“过去我们不知道暗能量从哪来，只能把它当成‘宇宙设定的常数’；现在我们发现，它可能是恒星死亡的‘副产品’，和宇宙中的物质息息相关。”

为了验证这个假说，团队对比了DESI观测到的“宇宙膨胀曲线”与CCBH模型的预测：在宇宙年龄100亿年时（约38亿年前），DESI测得的暗能量密度约为6.5×10⁻²⁷千克/立方米，而CCBH模型预测值为6.3×10⁻²⁷千克/立方米，误差仅3%；到了现在（宇宙年龄138亿年），两者的误差更是缩小到1.5%。这种高度吻合，让越来越多科学家开始认可CCBH假说。

意外收获：顺便测出“幽灵粒子”中微子的质量

如果说破解暗能量来源是“主线任务”，那么测出中微子质量，就是这次研究的“意外惊喜”。

中微子被称为“幽灵粒子”，是宇宙中数量第二多的粒子（仅次于光子）——每秒钟有超过1万亿个中微子穿过你的身体，但你毫无察觉。因为它几乎不与其他物质相互作用，直到1956年才被人类发现。科学家早就知道中微子有质量，但它的具体数值一直是个谜——之前的测量要么接近零，要么甚至出现“负质量”的荒谬结果。

而CCBH模型结合DESI数据，首次给出了一个“合理且精确”的中微子质量范围：三种中微子（电子中微子、μ中微子、τ中微子）的总质量约为0.12-0.15电子伏特（eV），相当于电子质量的1/500000。这个数值虽然微小，却对宇宙演化至关重要——中微子的质量会影响宇宙中物质的分布，进而决定星系的形成。

“中微子质量看似不起眼，但它是‘宇宙总质量预算’的重要组成部分。”克罗克博士解释道，“如果中微子质量太大，宇宙会因为引力太强而停止膨胀甚至收缩；如果太小，星系又无法形成。我们测得的这个数值，正好能解释现在宇宙‘加速膨胀且星系密布’的状态。”

更关键的是，这个结果与其他实验（如欧洲核子研究中心的中微子振荡实验）的结论相互印证，排除了“负质量”等不合理假设，让中微子质量的测量向前迈出了决定性一步。

为什么这是“双重突破”？两个谜题共用一套逻辑

暗能量和中微子，看似是两个毫无关联的宇宙谜题，但CCBH模型和DESI数据，却用一套逻辑同时解释了它们——这正是这项研究最精妙的地方。

一方面，CCBH假说需要中微子有质量。因为暗能量来自黑洞，而黑洞的形成与恒星演化有关，中微子作为恒星核聚变的“副产品”，其质量会影响恒星的寿命和死亡方式。如果中微子质量为零，恒星死亡时释放的能量会不同，黑洞转化出的暗能量密度也会与DESI观测不符。

另一方面，DESI观测到的宇宙膨胀数据，又反过来验证了中微子质量的合理性。研究团队发现，只有当中微子总质量在0.12-0.15 eV时，CCBH模型预测的暗能量变化曲线，才能与DESI的数据完美匹配。“这就像一把钥匙开两把锁，两个谜题相互印证，让我们更有信心这个模型是对的。”法拉博士说。

未参与研究的麻省理工学院物理学家马克斯·泰格马克（Max Tegmark）评价道：“过去我们研究暗能量和中微子，就像在两个隔绝的房间里解题；现在这项研究打通了两个房间的门，用一套理论同时推进了两个领域的认知，这在物理学史上并不常见。”

争议与未来：假说还需更多验证，但方向已明确

尽管成果令人振奋，但CCBH假说目前还存在争议——最大的质疑来自“单个黑洞的观测数据”。

目前，天文学家通过事件视界望远镜（EHT）等设备，已经能拍摄到黑洞的影像，也能通过引力波探测黑洞的质量和自转。但这些对单个黑洞的观测，还没有直接发现“暗能量气泡”的证据。“从宇宙整体看，CCBH模型能解释暗能量的变化；但从单个黑洞看，我们还没找到暗能量存在的直接信号。”泰格马克博士指出，“这就是这个假说最有趣的地方——它不是‘无法验证’的玄学，而是能通过未来的实验检验。”

研究团队已经规划了下一步的验证方向：

1. 观测更多黑洞：计划用詹姆斯·韦伯望远镜（JWST）观测早期宇宙的黑洞，看它们的质量变化是否符合“物质转化为暗能量”的预测——如果黑洞会随时间“消耗”物质产生暗能量，那么早期黑洞的质量增长速度，应该比传统模型预测的慢；

2. 升级DESI数据：DESI目前只发布了第一年的观测数据，未来5年还会收集更多星系的光谱，覆盖宇宙更早期的阶段（最早到宇宙诞生后10亿年），进一步验证暗能量的变化规律；

3. 探测中微子质量的细节：计划与日本超级神冈探测器、美国DUNE实验合作，更精确地测量三种中微子各自的质量，看是否与CCBH模型的预测一致。

“我们希望在未来10年内，能找到暗能量气泡存在的直接证据。”克罗克博士说，“如果能证实黑洞真的在产生暗能量，那么我们对宇宙的理解，将从‘被动接受宇宙常数’，转向‘主动理解物质与暗能量的转化’——这可能是继爱因斯坦提出相对论后，宇宙学领域最大的突破。”

结语：宇宙的真相，藏在每一束来自远方的光里

从DESI望远镜5000只“眼睛”捕捉到的星系光谱，到中微子穿过人体时留下的微弱痕迹，人类对宇宙的认知，始终在“观测-假设-验证”的循环中前进。这次暗能量与中微子的双重突破，不仅解答了两个长期未解的谜题，更让我们看到：宇宙中的看似孤立的现象，可能存在着深刻的内在联系。

或许在不久的将来，当我们回顾这段科学史时，会发现DESI望远镜在基特峰拍下的那些光谱，就像100年前爱因斯坦写下的相对论方程一样，为人类打开了理解宇宙的新大门。而那些穿过我们身体的“幽灵粒子”、那些隐藏在黑洞里的“暗能量气泡”，终将不再神秘——因为人类探索宇宙的脚步，永远不会停止。

正如法拉博士在研究报告结尾写的：“宇宙不会主动告诉我们答案，但它会在每一束来自远方的光里，留下线索。我们要做的，就是读懂这些线索，一步步接近真相。”