Учёные, проводившие исследование тёмной энергии, опубликовали анализ данных за все шесть лет исследования

Исследовательская группа Dark Energy Survey собрала информацию о сотнях миллионов галактик по всей Вселенной с помощью камеры Dark Energy Camera, изготовленной Министерством энергетики США и установленной на 4-метровом телескопе Виктора М. Бланко Национального научного фонда США в Чикагском технологическом институте, в рамках программы NSF NOIRLab. В их завершенном анализе впервые объединены данные за все шесть лет, что позволило получить в два раза более точные данные об истории расширения Вселенной, чем в предыдущих анализах.

Исследование тёмной энергии (DES) — это международный совместный проект по составлению карт сотен миллионов галактик, обнаружению тысяч сверхновых и поиску закономерностей в космической структуре, которые помогут раскрыть природу загадочной тёмной энергии, ускоряющей расширение нашей Вселенной.

С 2013 по 2019 год коллаборация DES провела глубокую съемку неба на большой площади с использованием 570-мегапиксельной камеры Dark Energy производства DOE (DECam), установленной на 4-метровом телескопе NSF Виктора М. Бланко в Межамериканской обсерватории NSF Серро Тололо (CTIO) в Чили. В течение 758 ночей на протяжении шести лет коллаборация DES собирала данные о 669 миллионах галактик, находящихся на расстоянии миллиардов световых лет от Земли и занимающих восьмую часть неба.

Сегодня коллаборация DES публикует результаты, в которых впервые объединены данные за все шесть лет наблюдений за слабым гравитационным линзированием и кластеризацией галактик — двумя методами измерения истории расширения Вселенной. Коллаборация также представляет первые результаты, полученные при объединении всех четырёх методов измерения истории расширения Вселенной — барионных акустических колебаний (БАК), сверхновых типа Ia, скоплений галактик и слабого гравитационного линзирования — как и было предложено при создании DES 25 лет назад. Статья является кратким изложением 18 сопутствующих статей.

«Это невероятное чувство — видеть результаты, основанные на всех данных и полученных с помощью всех четырёх зондов, которые были запланированы в рамках DES. Когда DES только начал собирать данные, я мог только мечтать об этом, и теперь моя мечта сбылась», — говорит Юаньюань Чжан, ассистент астронома в лаборатории NSF NOIRLab и участник DES Collaboration.

Анализ позволил получить новые, более строгие ограничения, которые сужают круг возможных моделей поведения Вселенной. Эти ограничения более чем в два раза строже, чем те, что были получены в ходе предыдущих исследований DES, но при этом согласуются с предыдущими результатами DES.

«Эти результаты исследования тёмной энергии проливают новый свет на наше понимание Вселенной и её расширения», — сказала Регина Рамейка, заместитель директора Управления физики высоких энергий в Управлении науки Министерства энергетики США (DOE/SC). «Они демонстрируют, как долгосрочные инвестиции в исследования и сочетание различных видов анализа могут помочь раскрыть некоторые из величайших тайн Вселенной».

Первое свидетельство существования тёмной энергии было обнаружено около ста лет назад, когда астрономы заметили, что далёкие галактики как будто удаляются от нас. На самом деле, чем дальше находится галактика, тем быстрее она удаляется. Это стало первым ключевым доказательством того, что Вселенная расширяется. Но поскольку Вселенная пронизана гравитацией — силой, которая стягивает материю, — астрономы ожидали, что расширение со временем замедлится.

Затем, в 1998 году, две независимые группы космологов с помощью наблюдения за далёкими сверхновыми открыли, что расширение Вселенной ускоряется, а не замедляется. Чтобы объяснить эти наблюдения, они предположили существование нового вида материи, который отвечает за ускоренное расширение Вселенной: тёмной энергии. Сейчас астрофизики считают, что тёмная энергия составляет около 70% плотности массы-энергии Вселенной. Однако мы всё ещё очень мало знаем о ней.

В последующие годы учёные начали разрабатывать эксперименты для изучения тёмной энергии, в том числе DES. Сегодня DES — это международное объединение, в которое входят более 400 астрофизиков и учёных из 35 организаций в семи странах под руководством Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми Министерства энергетики США.

Для получения последних результатов учёные из DES значительно усовершенствовали методы, использующие слабое линзирование для надёжной реконструкции распределения материи во Вселенной. Слабое линзирование — это искажение света от далёких галактик под действием гравитации промежуточной материи, например скоплений галактик. Они сделали это, измерив вероятность того, что две галактики находятся на определённом расстоянии друг от друга, а также вероятность того, что они одинаково искажены слабым линзированием. Благодаря реконструкции распределения материи за шесть миллиардов лет космической истории эти измерения слабого гравитационного линзирования и распределения галактик позволяют учёным определить, сколько тёмной энергии и тёмной материи существует в каждый момент времени.

В ходе этого анализа DES сопоставила свои данные с двумя моделями Вселенной. В настоящее время принята стандартная космологическая модель — Лямбда-холодная тёмная материя (?CDM), в которой плотность тёмной энергии постоянна. Существует также расширенная модель, в которой плотность тёмной энергии меняется с течением времени — wCDM.

DES обнаружила, что их данные в основном соответствуют стандартной космологической модели. Их данные также соответствуют модели эволюционирующей тёмной энергии, но не лучше, чем стандартной модели.

Однако один параметр по-прежнему не соответствует действительности. На основе измерений, проведённых в ранней Вселенной, как стандартная модель, так и модель эволюционирующей тёмной энергии предсказывают, как материя во Вселенной группируется в более поздние периоды. В ходе предыдущих исследований было обнаружено, что кластеризация галактик отличается от прогнозируемой. Когда DES добавил последние данные, этот разрыв увеличился, но ещё не настолько, чтобы можно было с уверенностью утверждать, что стандартная модель космологии неверна. Разница сохранялась даже после того, как DES объединил свои данные с результатами других экспериментов.

Затем DES объединит эту работу с последними данными, полученными в ходе других экспериментов по изучению тёмной энергии, чтобы исследовать альтернативные модели гравитации и тёмной энергии. Этот анализ важен ещё и потому, что он открывает путь для новой Обсерватории Веры К. Рубин Национального научного фонда и Министерства энергетики США, финансируемой Национальным научным фондом и Министерством энергетики США/Космическим центром и управляемой совместно Лабораторией NOIR Национального научного фонда и Стэнфордским центром линейных ускорителей, для сбора дополнительных данных в ходе десятилетнего проекта Legacy Survey of Space and Time (LSST). LSST — это масштабное исследование, в ходе которого будет составлено описание около 20 миллиардов галактик по всему небу Южного полушария. Эти данные можно объединить с данными других исследований, таких как DES, чтобы с высокой точностью измерить космологические параметры, что позволит нам лучше понять тёмную энергию и историю расширения Вселенной.

«DES произвела революцию, а обсерватория Веры К. Рубин Национального научного фонда и Министерства энергетики США продвинет нас еще дальше», — сказал Крис Дэвис, программный директор NOIRLab Национального научного фонда. «Беспрецедентное исследование южного неба, проводимое обсерваторией Рубин, позволит провести новые испытания гравитации и пролить свет на темную энергию».

Обработка изображений: Т. А. Ректор (Университет Аляски в Анкоридже/NOIRLab NSF) и М. Замани (NOIRLab NSF)

На изображении:

Скопление Пуля состоит из двух сталкивающихся скоплений галактик, одно из которых движется сквозь другое, на расстоянии около 3,7 миллиарда световых лет от нас в созвездии Киля. Эти скопления галактик действуют как гравитационные линзы, усиливая свет фоновых галактик. Это явление делает Скопление Пуля убедительным доказательством существования тёмной материи.

Это изображение было сделано с помощью 570-мегапиксельной камеры для изучения темной энергии, изготовленной Министерством энергетики США (DECam), установленной на 4-метровом телескопе Национального научного фонда США Виктора М. Бланко в Межамериканской обсерватории Серро Тололо (CTIO), программе NSF NOIRLab.

Источник: vk.com

Комментарии: