Астрономи зібрали найдокладнішу карту раннього Всесвіту
За допомогою спектроскопічного інструменту темної енергії DESI вчені змогли зазирнути у минуле Всесвіту на 11 мільярдів років. DESI, встановлений на вершині гори, збирає світло від віддалених об'єктів, яке тільки зараз досягає нас. Дані дозволили скласти найбільш точну тривимірну карту Всесвіту. Це велике досягнення у розумінні розвитку Всесвіту та ролі темної енергії.
Темна енергія – це інгредієнт, що викликає прискорене розширення Всесвіту. DESI дозволив вченим виміряти історію розширення молодого Всесвіту з точністю понад 1%.
Керівник DESI Майкл Леві (Michael Levi), зазначає, що дані поки що узгоджуються з провідною моделлю Lambda CDM, але все ж таки спостерігаються потенційно цікаві відмінності, що вказують на можливу зміну темної енергії з часом. Подальший аналіз даних допоможе скласти більш точну картину та визначити, чи потрібне оновлення існуючої моделі.
Модель Lambda CDM є комбінацією темної енергії та холодної темної матерії, які впливають на розширення Всесвіту протилежними способами. Темна матерія уповільнює розширення, тоді як темна енергія прискорює його. Поєднання цих двох компонентів визначає, як розвивається наш Всесвіт. Всі попередні експерименти та спостереження добре відповідають моделі Lambda CDM і описують, як Всесвіт виглядав у минулому.
Однак при аналізі результатів першого року роботи DESI у поєднанні з іншими дослідженнями виявляються деякі незначні відхилення від передбачень Lambda CDM. Зі збільшенням обсягу даних протягом п'ятирічного дослідження DESI результати стануть точнішими, що допоможе визначити, чи вказують ці дані на вимогу оновлення моделі, чи пояснюються іншими факторами.
Наталі Паланк-Делабруй (Nathalie Palanque-Delabrouille), вчений із лабораторії Берклі, зазначає, що жоден спектроскопічний експеримент раніше не збирав таку кількість даних. DESI продовжує збирати інформацію про більш ніж мільйон галактик щомісяця. "Вже за перший рік роботи DESI вдалося виміряти історію розширення Всесвіту в семи різних періодах з точністю від 1 до 3%", - каже вона.
Загальна точність DESI за 11 мільярдів років становить 0,5%, а найвіддаленіша епоха, що охоплює період від 8 до 11 мільярдів років тому, має рекордну точність 0,82%. DESI вже в перший рік роботи став удвічі ефективнішим у вимірі історії розширення на ранніх стадіях Всесвіту порівняно з попереднім проектом Sloan Digital Sky Survey, який тривав понад десять років.
Встановлений на вершині 4-метрового «телескопа Ніколаса Мейолла» Національної обсерваторії Кітт-Пік в Аризоні, інструмент DESI – результат міжнародного співробітництва понад 900 дослідників із понад 70 установ по всьому світу. Аналізуючи карту, створену DESI, дослідники можуть побачити основні структури Всесвіту.
У ранньому Всесвіті, що знаходиться за межами області видимості DESI, панували гарячий і щільний суп із субатомних частинок, що рухаються настільки швидко, що вони не могли утворювати стабільну матерію, подібну до атомів, яку ми знаємо сьогодні.
Найменші коливання в іонізованій плазмі викликали хвилі баріонної матерії. У міру розширення та охолодження Всесвіту ці хвилі згасали, зберігаючи малюнок майбутніх скупчень галактик у щільних областях.
Мільярди років по тому, слабкий візерунок коливань у цій ранній плазмі досі видно у розділенні галактик, він називається баріонними акустичними коливаннями (БАО). Аналіз карти БАО, як близьких, і далеких, дозволяє дослідникам розділити дані на фрагменти, вимірюючи, як швидко розширювалася Всесвіт у різних етапах свого розвитку, і моделювати, як темна енергія впливає це розширення.
Спостереження галактик добре підходять вивчення історії розширення Всесвіту і кращого розуміння темної енергії, але у певний момент світло типових галактик стає занадто тьмяним. Тому вчені звертаються до квазар - галактичних ядра з чорними дірками в центрах.
У це дослідження вчені також включили квазари. Це дозволяє «побачити тінь» газу між квазарами та Землею та отримати глибше розуміння раннього Всесвіту.
Для цього використані дані більш ніж 450 000 квазарів, найбільший набір, коли-небудь зібраний, щоб розширити межі дослідження до 11 мільярдів років тому. До фіналу проекту DESI буде картовано 3 мільйони квазарів та 37 мільйонів галактик.
Проект DESI – це перший експеримент, у якому проводиться повністю «сліпий аналіз», щоб унеможливити будь-який підсвідомий вплив на результати дослідження. Вчені розробляють код для аналізу даних, який застосовується до вихідних даних тільки після того, як підтверджено всі оцінки.
Отримані дані DESI будуть використані для збагачення майбутніх спостережень, таких як дані від обсерваторії Віри Рубін та космічного телескопа Ненсі Грейс. Крім того, вони допоможуть підготуватися до оновлення інструменту DESI.
«Ми живемо в золоту епоху космології: великі дослідження продовжуються, розробляються нові методи, щоб найкраще використати нові набори даних. Ми всі дуже зацікавлені в тому, щоб побачити, чи підтвердять нові дані ті деталі, які ми виявили в першій вибірці, і чи допоможуть вони краще зрозуміти динаміку нашого Всесвіту», — зазначив Арно де Маттіа, і співрозмовник групи DESI, яка інтерпретує космологічні дані.