Ученые готовятся к самому масштабному исследованию космоса, ожидая новых открытий в области тёмной материи и тёмной энергии

На вершине горы в северной части Чили учёные скрупулезно собирают компоненты одной из самых передовых астрономических обсерваторий Рубина. В её арсенале инновационный телескоп и крупнейшая в мире цифровая камера, которые позволят провести десятилетнее исследование космоса (LSST), в ходе которого будет получено 5,5 миллионов изображений, богатых набором данных. LSST предоставит астрономам и космологам беспрецедентный объём информации, превосходящий все предыдущие обзоры вместе взятые. Датчики на камере обсерватории преобразуют свет в данные, которые будут передаваться с горы на несколько центров обработки данных проекта Рубин по всему миру. Затем эти центры подготовят данные для отправки в более широкое сообщество для анализа

Участвуя в проекте LSST Dark Energy Science Collaboration (DESC), учёные из Аргоннской национальной лаборатории в настоящее время работают с обсерваторией Рубина над раскрытием истинной природы тёмной энергии и тёмной материи. Готовясь к LSST, они проводят сложные космологические симуляции и сотрудничают с обсерваторией Рубина, чтобы формировать и обрабатывать данные для максимального увеличения потенциала открытий

В рамках подготовки к LSST учёные Аргонна проводят космологические моделирования, рассматривая теории об определённых свойствах тёмной материи и тёмной энергии. Они моделируют эволюцию Вселенной, чтобы сопоставить теории с признаками, которые исследование может обнаружить. Например, как бы выглядела сегодня Вселенная, если бы тёмная материя имела небольшую температуру, или если бы тёмная энергия была сверхсильной сразу после того, как Вселенная началась

Тёмная материя проявляется в формировании и движении галактик, но остаётся невидимой для учёных. Тёмная энергия, в свою очередь, ответственна за ускоряющееся расширение Вселенной, причина которого также остаётся неизвестной. Сейчас пока не ясно, каково их физическое происхождение. С LSST и обсерваторией Веры Рубин действительно можно получить хорошие ограничения на то, чем могут быть тёмная материя и тёмная энергия, что поможет сообществу исследовать наиболее перспективные направления

Вместе тёмная энергия и тёмная материя составляют 95% энергии и материи во Вселенной, но учёные очень мало знают о них. Они наблюдают влияние тёмной материи на формирование и движение галактик, но когда они ищут её, кажется, что её там нет. Между тем само пространство со временем расширяется всё быстрее и быстрее, и учёные не знают почему. Они называют это неизвестное влияние тёмной энергией

Для выполнения симуляций учёные Аргонна используют вычислительные ресурсы Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), включая суперкомпьютер Aurora - одну из первых в мире машин, способную выполнять более одного квинтиллиона вычислений в секунду. Впечатляющая память и скорость Aurora позволят моделировать большие объёмы Вселенной и учитывать больше физики в симуляциях, чем когда-либо прежде, сохраняя при этом достаточно высокое разрешение для правильного отображения важных деталей

На данный момент нет ни малейшего представления о том, каково их физическое происхождение, но есть теории. С помощью LSST и обсерватории Рубина можно получить чёткое представление о том, чем могут быть тёмная материя и тёмная энергия, что поможет сообществу двигаться в наиболее перспективных направлениях. Важно, чтобы учёные нашли способы сопоставить свои теории с сигнатурами, которые можно обнаружить с помощью исследования. Например, как бы выглядела Вселенная сегодня, если бы у тёмной материи была небольшая температура или если бы тёмная энергия была очень сильной сразу после начала Вселенной. Возможно, некоторые структуры были бы более размытыми, или, может быть, галактики группировались бы определённым образом

Моделирование также позволяет участникам проекта проверить код, который они будут использовать для обработки и анализа данных. Например, совместно с LSST DESC и участниками проекта космического телескопа Nancy Grace Roman учёные из Аргоннского университета недавно смоделировали изображения ночного неба, которые будут получены каждым из телескопов. Чтобы убедиться, что их программное обеспечение работает должным образом, учёные могут протестировать его на этих чистых, смоделированных данных, прежде чем приступить к обработке реальных данных. Моделирование может помочь исследователям предсказать, какие особенности на самом деле появятся в реальных данных LSST, которые укажут на истинность определённой теории

Когда свет от далёких галактик движется к обсерватории, на его путь влияет гравитационное притяжение массы, находящейся между ними, включая тёмную материю. Это означает, что, как их увидит обсерватория, формы и ориентации галактик слегка коррелируют на небе. Если получится измерить эту корреляцию, то сможем узнать о распределении материи, включая тёмную материю, во Вселенной

Слабое гравитационное линзирование также может показать, как структура Вселенной менялась с течением времени, что может пролить свет на природу тёмной энергии. Проблема в том, что сигналы, указывающие на слабое гравитационное линзирование в данных LSST, будут очень слабыми. Сила сигнала, который ищут учёные, будет примерно в 30 раз меньше ожидаемого уровня шума или нежелательных помех в данных Это означает, что учёным нужно очень много данных, чтобы убедиться в точности своих измерений, и они в скором времени их получат. После завершения работы LSST будет собрано 60 петабайт (60 млн. гигабайт) данных изображений

Источник: vk.com

Комментарии: