南京大学、清华大学和天津师范大学的研究团队基于他们提出的宇宙学距离新阶梯——星系质能关系，测得宇宙学红移0.1处的距离，精度为千分之三。该精度远超过当前两种主流方法——Ia型超新星和重子声学振荡——在该红移处的测量精度。这项工作为理解宇宙加速膨胀即暗能量的本质提供了新的手段，发表于英国皇家天文学会月刊 。

宇宙学距离-红移图是理解宇宙几何演化历史的观测基石。上个世纪20年代末，哈勃和勒梅特基于造父变星获得的距离-红移图揭示了近邻宇宙的膨胀现象，奠定了宇宙大爆炸理论的基础。上个世纪末和本世纪初，通过Ia型超新星和重子声学振荡这两种方法，天文学家测量了更高红移处的距离，发现了宇宙不仅在膨胀并且在加速膨胀的现象，从而指出了暗能量的存在。作为主流的宇宙学距离测量手段，两种方法当前的精度在1%-10%之间（每0.1红移间隔）。

研究团队在之前的工作中指出,星系的恒星质量与其引力束缚能之间存在一个普适的标度关系（简称为星系质能关系）。在本工作中，团队将该标度关系应用于斯隆数字巡天(Data Release 7)椭圆星系样本，获得了红移0.05-0.2之间的距离-红移关系（图1），在中值红移0.1处的距离精度达到千分之三，误差包含统计误差和系统误差。该精度比重子声学振荡基于同组数据获得的精度高一个量级，甚至比新一代大型巡天在未来5-10年内通过Ia型超新星和重子声学振荡预期在该红移处达到的精度还高2-4倍（图2）。低红移宇宙由暗能量主导，因此该测量为理解暗能量的本质提供了新的手段。

未来，空间望远镜将开展高空间分辨率的图像巡天，地面望远镜将提供大天区的光谱观测。基于两者，星系质能关系可以在更高红移上提供高精度的距离测量，刻画宇宙的膨胀历史。

该工作获得基金委和科技部的支持。

图1：基于星系质能关系所获得的距离-红移测量结果。

图2：星系质能关系在红移0.1处的距离测量精度，以及与当前和未来基于Ia型超新星和重子声学振荡的距离精度的对比。