清大參與國際暗能量光譜儀計畫 繪製宇宙3D地圖

清華大學天文所助理教授安德魯·古柏（Andrew Cooper）參與一項集結全球超過70個研究機構、數百位科學家及工程師的DESI（Dark Energy Spectroscopic Instrument）暗能量光譜儀計畫，今天與國際同步公布自2021年觀測至今的第一批共200萬筆天體光譜，免費提供全球天文學家使用與探索。

「這就像繪製出宇宙的3D地圖。」古柏比喻，而且只要點進圖上的一顆恆星，就可以看到它的組成成分與移動方式，科學家們也能根據這張地圖推算出恆星之間的距離。

這項史上最大的星系光譜觀測計畫由美國勞倫斯柏克萊國家實驗室（LBNL）主導，並由美國能源部科學辦公室資助，預計2025年將能觀測到超過4000萬個星系、1000萬顆恆星，包含銀河系中的恆星、遙遠的星系、及超大質量黑洞，繪製出有史以來最大、最詳盡的宇宙3D地圖。

古柏表示，過去30年來，天文學家發現宇宙正在加速膨脹，卻無法用已知的物理學來解釋這個現象，只好將這股神秘力量稱為「暗能量」（Dark Energy）。為了解暗能量，跨國研究團隊耗時10年，聯手在美國亞利桑那州打造「暗能量光譜儀」，並從2021年起展開觀測。

古柏說明，暗能量光譜儀的前端是由5000個獨立的光纖「眼睛」所組成，每個光纖各由一個小型機器人所控制，能同時透過望遠鏡觀測、捕捉光波；尾端則佈滿感測器，就像裝置的「大腦」，能處理蒐集到的光譜資訊。它具有強大的觀測和分析能力，同時可觀測數千個星系，並以極高的效率輸出高品質的天體光譜。

古柏補充，掌握這些光譜能幫助天文學家推算出天體的溫度、質量、表面密度、表面重力強度、金屬含量、朝向或遠離我們的速度等資訊。這些龐大且完整的資料有助於科學家了解宇宙的歷史，並探究宇宙加速膨脹的原因。

在這項大型的跨國天文計畫中，古柏是其中「銀河系巡天計畫」（DESI Milky Way）團隊的兩位負責人之一，該團隊由30多位跨國天文學家組成，主要分析銀河系的恆星光譜。團隊這次公開了約50萬顆恆星的資料，研究成果也發表在天文物理期刊（Astrophysical Journal）。

古柏說，儘管銀河系只是宇宙億萬星系中的一個小星系，但它非常重要。因為它是我們的家園，也是我們可深入探索的實驗室。比如銀河系的引力主要來自一些看不見的暗物質，團隊若能取得銀河系內大量恆星的光譜，並得出恆星在銀河系各個位置移動的速度，加上金屬成分等訊息，就能繪製出屬於銀河系的3D地圖，藉此尋找暗物質的蹤跡。

來自英國的古柏專研天文物理及星系考古學，2019年獲選教育部玉山青年學者，展開在清華大學天文所的研究與教學。他的專長正是台灣天文學界較少見的數值模擬星系形成技術。

清大指出，由古柏領軍的清華「銀河系考古團隊」投入暗能量光譜儀計畫約4年，他們就像是宇宙考古調查員，要揭開星系在130億年的宇宙歷史中演化之謎。他帶領的清華團隊成員包括印度籍的天文所博士生娜玫達（Namitha），以及博士生廖俐雯和物理系大三生蒲思云。

台灣參加國際暗能量光譜儀計畫的研究團隊除了清華大學的古柏，還包括另一位玉山青年學者──臺大天文物理研究所助理教授藍鼎文，他統籌數十位科學家所組成的團隊，負責檢驗暗能量光譜儀量測出的光譜數據品質是否達標，結果顯示，準確率超過99%。