科學家們發現一種被稱為“暗能量”的神祕壓力佔宇宙總能量的68%，但到目前為止我們對它所知甚少。探索暗能量的本質是美國宇航局建造廣域紅外探測望遠鏡(WFIRST)的主要原因之一，這是一架太空望遠鏡，其測量結果將有助於闡明暗能量之謎。隨著對暗能量的更好理解，我們將對宇宙過去和未來的演化有更好的認識。
不斷擴大的宇宙
直到20世紀，大多數人都認為宇宙是靜止的，在整個永恆中本質上保持不變。當愛因斯坦在1915年提出廣義相對論時，描述了引力在時空結構中的作用，他困惑地發現該理論表明宇宙要麼膨脹要麼收縮。他做了一些改變來維持一個靜態的宇宙，添加了一些他稱之為“宇宙常數”的東西，儘管沒有證據表明它確實存在。這種神祕的力量被認為能抵消萬有引力，使一切保持原位。
然而，在20世紀20年代即將結束的時候，天文學家喬治·勒梅特和埃德溫·哈勃有了一個驚人的發現，除了極少數例外，星系之間正在相互遠離。宇宙遠非靜止的——它在向外膨脹。因此，如果我們想象回縮膨脹，一定有一段時間，宇宙中所有的東西都是幾乎不可能的熱和緊密地在一起。
世界末日:火還是冰?
大爆炸理論描述了宇宙從最初的超熱、超密狀態膨脹和演化的過程。科學家們從理論上推斷，重力最終會減緩，甚至可能完全逆轉這種膨脹。如果宇宙中有足夠的物質，引力就會戰勝膨脹，宇宙就會在一場猛烈的“大爆炸”中坍塌。
否則，膨脹將永遠不會結束——星系將越來越遠，直到它們穿過可觀測宇宙的邊緣。我們遙遠的後代可能不知道其他星系的存在，因為它們離我們太遠，我們看不見。隨著宇宙逐漸變成冰冷的黑色，現代天文學的大部分內容有一天可能會淪為傳說。
宇宙不僅在膨脹，而且在加速膨脹
天文學家已經通過使用地面望遠鏡研究相對較近的超新星爆炸來測量膨脹率。1998年，哈勃太空望遠鏡對更遙遠的超新星的觀測幫助表明，宇宙在過去實際上比現在膨脹得更慢，這個謎團隨之升級。正如每個人所認為的那樣，宇宙的膨脹並沒有因為引力而減速。這是加快。
快進到今天。雖然我們仍然不知道到底是什麼導致了加速度，但它已經被命名為暗能量。這種神祕的壓力一直沒有被發現，因為它是如此之弱，重力超過了它的規模的人類，行星，甚至星系。當你閱讀的時候，它就在你的房間裡，在你的身體裡，但是重力抵消了它，所以你不會飛出你的座位。只有在星系間的尺度上，暗能量才會變得引人注目，就像一種對引力的弱反作用力。
什麼是暗能量?
暗能量到底是什麼?未知的比已知的要多，但是理論家們正在尋找一些可能的解釋。宇宙加速可能是由一種新的能量成分引起的，這需要對愛因斯坦的引力理論做一些調整——也許宇宙常數，愛因斯坦稱之為他最大的錯誤，畢竟是真實的。
或者，愛因斯坦的引力理論可能會在宇宙尺度上崩潰。如果是這樣的話，這個理論將需要被一個新的理論所取代，這個理論將包含我們所觀察到的宇宙加速度。理論家們仍然不知道正確的解釋是什麼，但WFIRST將幫助我們找到答案。
WFIRST將照亮暗能量
之前的任務已經收集了一些線索，但到目前為止，它們還沒有得出強烈支持一種解釋而非另一種解釋的結果。WFIRST的分辨率與哈勃的相機相同，但視野要大100倍，它將拍攝出前所未見的宇宙大照片。這項新任務將通過測繪物質在宇宙中的結構和分佈，以及測量大量遙遠的超新星，以其他望遠鏡無法做到的方式，推進對暗能量之謎的探索。研究結果將揭示暗能量在宇宙中的作用，以及暗能量是否以及如何在宇宙歷史上發生變化。
該任務將使用三種調查方法來尋找暗能量的解釋。高緯度光譜測量將使用“標準標尺”技術測量數百萬個星系的精確距離和位置。測量星系的分佈如何隨距離變化將為我們提供一個瞭解暗能量隨時間演化的窗口。這項研究將把星系的距離與宇宙大爆炸後聲波的回聲聯繫起來，並將檢驗愛因斯坦關於宇宙年齡的引力理論。
高緯度成像測量將測量大量星系和星系團的形狀和距離。大質量物體的巨大引力扭曲了時空，導致更遠的星系出現扭曲。通過觀察扭曲的程度，科學家可以推斷出整個宇宙的質量分佈。這包括我們能直接看到的所有物質，比如行星和恆星，以及暗物質——另一個只有通過對正常物質的引力作用才能看到的黑暗宇宙之謎。這項調查將提供一個獨立的測量宇宙中大規模結構的增長和暗能量如何影響宇宙。
WFIRST還將在發現加速膨脹的觀測基礎上，對一種爆炸恆星進行調查。Ia型超新星發生在一顆白矮星爆炸時。Ia型超新星通常在其峰值具有相同的絕對亮度，因此被稱為“標準燭光”。這意味著天文學家可以通過觀察它們在地球上看起來有多亮來確定它們離地球有多遠——而且它們離地球越遠，看起來就越暗。天文學家還將觀察超新星發出的特定波長的光，以發現瀕死恆星離我們有多快。通過將距離與亮度測量相結合，科學家們將看到暗能量是如何隨著時間的推移而進化的，這與兩項高緯度調查結果相互印證。
“WFIRST的任務是將這三種方法結合起來。這將導致一個非常強大和豐富的解釋暗能量的影響,將使我們能夠作出一個明確的聲明關於暗能量的本質,“奧利維爾•多爾說,科學家在帕薩迪納市的美國宇航局噴氣推進實驗室,加州和領導者的團隊計劃第一個與WFIRST兩種調查方法。
發現暗能量在過去是如何影響宇宙膨脹的，將有助於我們瞭解暗能量如何影響未來的膨脹。如果它繼續加速宇宙的膨脹，我們可能註定要經歷一次“大撕裂”。在這種情況下，暗能量最終將主導基本的力量，導致所有目前捆綁在一起的東西——星系、行星、人類——分裂。探索暗能量將使我們能夠研究，甚至可能預測宇宙的命運。