DESI的主要宇宙学任务是研究暗能量的性质：暗能量的能量密度如何随时间变化，以及如何影响物质的集聚？为此，DESI将利用其星图来测量两种宇宙学效应：重子声学振荡和红移空间畸变。这些星图还将为研究宇宙学以及星系、类星体和星系际气体的物理原理提供其他机会。
重子声学振荡
DESI专为测量星图中的一个微妙印记而优化，这个印记是早期宇宙中一个重要的物理过程的全部遗迹，被称为重子声学振荡（BAO）。为了解释这种效应，我们必须首先解释充满宇宙的宇宙微波背景辐射（CMB）——大爆炸遗留下来的余热。今天宇宙微波背景辐射的温度只比绝对零度高2.7度，但在早期的时候温度要高得多。在大爆炸后40万年之前，当时宇宙的密度是今天的10亿倍以上，背景辐射的温度足以使氢原子和氦原子被电离，使电子与原子核分离，形成等离子体。电子很容易与背景光子产生散射，光子提供了很强的辐射压力，抵抗了气体的塌缩。在宇宙最早的几分之一秒内，密度扰动从而以声波的形式在这个等离子体中传播，即重子声学振荡。这些声波在宇宙中传播了40万年，当膨胀的宇宙冷却到电子和原子核结合成中性原子时，声波就停止了。这时，密度扰动的引力占据了主导地位，开始将宇宙塑造成我们今天看到的大规模结构。但声波的影响仍然可以被测量出来：在每个过密区域的周围，离开该区域的声波都留下了一个微弱的球面印记。这就造成了诸多对星系之间的距离轻微地趋于这个声波传播的距离。由于宇宙的膨胀，这个距离在今天约为5亿光年。这种微弱的遗留印记已经在几组数据中被观察到，最明显的是斯隆数字天空巡天（SDSS）及其重子振荡光谱巡天（BOSS）。这种微妙的相关性是现在暗能量研究的主要课题。 
我们通过观测高红移星系样本，探测到它们独特的成团尺度，得知这个尺度是5亿光年。由此，我们可以推断出到星系的距离。红移巡天就像给我们提供了一张地图，只是没有明显的英寸到英里的转换——通过对星系间距的仔细分析，我们可以推断出正确的比例系数。DESI将利用重子声学振荡在广泛的红移范围内以小于百分之一的精度测量距离与红移的关系。这反过来可以让我们推断出宇宙的膨胀历史和暗能量的演变过程。
红移空间畸变
当DESI测量星系红移时，这个测量实际由两个部分组成：一个是来自宇宙膨胀的大偏移，另一个是星系周围大尺度结构的引力所导致的星系运动的小偏移。后者被称为本动速度。通过测量本动速度，科学家可以测量大尺度结构中的质量数值。
或者，如果质量通过其他方法也可以得知，我们则可以测试引力在亿万光年尺度上是否遵循爱因斯坦的广义相对论所预测的引力效应。在这些巨大尺度上检验广义相对论是很重要的一项工作，因为这可能会揭示宇宙加速膨胀率的其他解释，即所谓的修正引力理论。在非常大的尺度上，我们发现膨胀率的演变与已知物质的吸引力和在太阳系尺度上得到充分检验的物理学所预测的非常不同。也许这种失效在宇宙大尺度结构中还有其它的体现。
在DESI星图中，可以通过比较垂直于视线方向上与沿视线方向上的星系大尺度成团性的特征振幅来测量速度的大小。这两个方向的不同被称为红移空间畸变。由于我们测量到的大尺度结构决定了本动速度，所以大尺度结构的外观发生了系统性的变化。仔细分析DESI星图可以高度精确地揭示这种特征。
暗能量组合中的DESI
暗能量之谜和宇宙学一如既往的吸引力继续激励着各种宇宙学实验。DESI是目前正在开展巡天中最雄心勃勃的项目之一。一旦进入正式观测阶段，它将迅速成为世界上最大的星系红移巡天调查。DESI精美的三维星图本身已经可以带来很多机遇，若是与即将进行的光学或红外、微波和X射线成像巡天的数据结合起来，它们整体会更加有效。现代宇宙学的标志之一就是能够以多种方式测量宇宙特性，比较多个结果可以加强我们对答案的信心，并能为新的机遇指明方向。我们期待下一个十年内DESI在宇宙学项目组合中发挥突出的协作作用，特别是在暗能量研究领域。
暗能量之上
除重子声波振荡和红移空间畸变之外，DESI星图还将用于很多其他应用。我们预计，DESI在中红移范围对大尺度结构的测量将对中微子质量的测量起到重要作用。我们在最大尺度上的测量可以测试宇宙中的初始扰动是遵循最简单的模型，还是指示出宇宙第一秒时巨大能量尺度上的新行为。对星系成团性的详细测量可以通过引力成团来测试广泛的标准宇宙学扩展模型。在宇宙学之外，DESI将测量数百万个星系和类星体的精确距离，从而更好地解释它们的特性和类别统计。DESI将绘制出迄今为止最详细的近邻宇宙星图，为星系群，星系团，以及这些星系中的极端现象的研究奠定基石。DESI的恒星光谱仪将十分详细地测量银河系光环和厚盘的动态状态。
