Im expandierenden Universum werden die Lichtwellen gestreckt, sodass sich die Wellenlänge zunehmend ins Rote verschiebt (Rotverschiebung).
Dieser Effekt ähnelt dem Doppler Effekt, der eine Verschiebung der Wellenlänge aufgrund der Relativgeschwindigkeit zwischen Betrachter und Lichtquelle beschreibt. Die Messung der Rotverschiebung erfolgt durch die Aufspaltung des ankommenden Lichts in die einzelnen Farbbestandteile und die Bestimmung der Menge an Licht pro Farbe. Da wir den chemischen Fingerabdruck der in Galaxien vorhandenen Elemente wie Wasserstoff und Sauerstoff ziemlich genau kennen, wissen wir welche Farbe mit welcher Häufigkeit von Galaxien emittiert wird. In den beobachteten Spektren, die die Menge des Lichts in Abhängigkeit der Wellenlänge beschreiben, messen wir die Verschiebung der Spektrallinien ins Rote- und damit die Rotverschiebung.
Der wesentliche Punkt: Je weiter eine Galaxie von uns entfernt ist, desto größer die Rotverschiebung und folglich auch die abgeleitete Relativgeschwindigkeit. Für nahegelegene Objekte handelt es sich hierbei um das berühmte Hubble Gesetz: Die Relativgeschwindigkeit ist direkt proportional zur Entfernung. Sobald man jedoch Galaxien beobachtet, die einer sehr viel früheren Epoche entstammen, ist die Relation zwischen Entfernung und Rotverschiebung komplizierter. Dies ist direkt mit der Ausdehnung des Universums verbunden. Ist der Materie-Inhalt des Universums größer, so wird die Expansion mit der Zeit gebremst und Galaxien mit hoher Rotverschiebung erscheinen näher. Umgekehrt verursacht die Dunkle Energie die Beschleunigung der Expansion, sodass jene Objekte weiter entfernt erscheinen. Der Nachweis dieses Effekts in der Helligkeit von Supernovae mit hoher Rotverschiebung führte zur Entdeckung der Dunklen Energie und wurde mit dem Nobelpreis Physik 2011 honoriert. Die Bestimmung ebendieser genauen Relation zwischen Entfernung und Rotverschiebung ist die primäre Motivation für DESI.
