Нові результати, отримані за допомогою Спектроскопічного приладу темної енергії, показують: галактики скупчувалися протягом всієї космічної історії згідно із загальною теорією відносності Айнштайна.
Дослідники використали Спектроскопічний інструмент темної енергії (Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI), щоб нанести на мапу майже шість мільйонів галактик за 11 мільярдів років космічної історії. Це дає змогу вивчати, як галактики групувалися протягом цього часу, і досліджувати зростання космічної структури. Такий комплексний аналіз даних DESI за перший рік спостережень є одним із найсуворіших тестів загальної теорії відносності Айнштайна.
Гравітація сформувала наш космос. Її вплив перетворив крихітні варіації кількості матерії, присутньої в ранньому Всесвіті, на розтягнуті нитки галактик, які ми бачимо сьогодні. Нове дослідження з використанням даних, отриманих за перший рік роботи Спектроскопічного інструменту темної енергії, простежило, як ця космічна структура зростала за останні 11 мільярдів років. У такий спосіб виконано найточніший натепер тест того, як поводиться гравітація у дуже великих масштабах.
DESI — це найсучасніший інструмент, який може вловлювати світло від 5000 галактик одночасно. Його побудували й експлуатують за фінансової підтримки Управління науки Міністерства енергетики США. DESI встановлено на 4-метровому телескопі Ніколаса Ульріха Мейолла в Національній обсерваторії Кітт-Пік Національного наукового фонду США, яка працює в рамках діяльності Національної науково-дослідницької лабораторії оптичної та інфрачервоної астрономії (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory, NOIRLab). За допомогою DESI астрономи досліджують небо вже четвертий з п’яти років і планують спостерігати приблизно 40 мільйонів галактик і квазарів до моменту завершення проєкту.
Спостереження за допомогою Спектроскопічного інструменту темної енергії (Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI), який встановлено на 4-метровому телескопі Ніколаса У. Мейалла в Національній обсерваторії Кітт-Пік в Арізоні. Авторські права на зображення: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/T. Slovinský. Фото з сайту https://noirlab.ed.
Проєкт DESI — це міжнародна співпраця понад 900 дослідників із понад 70 установ у всьому світі, яким керує Національна лабораторія імені Лоуренса Берклі (Berkeley Lab) Департаменту енергетики.
У своєму новому дослідженні науковці проєкту DESI виявили, що поведінка гравітації відповідає загальній теорії відносності Айнштайна. Результат підтверджує провідну модель Всесвіту та обмежує можливі теорії модифікованої гравітації, які були запропоновані як альтернативні способи пояснення несподіваних результатів спостережень, таких як прискорене розширення нашого всесвіту, яке зазвичай приписують темній енергії [1].
Співробітники DESI поділилися своїми результатами в кількох статтях, опублікованих в онлайн-репозиторії arXiv. Комплексний аналіз засновано на даних спостережень майже шести мільйонів галактик і квазарів. Це дає дослідникам змогу прослідкувати розвиток Всесвіту до 11 мільярдів років у минуле. Маючи дані лише за один рік, проєкт DESI зробив найточніше загальне вимірювання зростання космічної структури, перевершивши попередні зусилля, на виконання яких були потрібні десятиліття.
Ці результати є наслідком розширеного аналізу даних DESI за перший рік спостережень. У квітні поточного року за цими даними створено найбільшу на сьогодні 3D-карту нашого всесвіту та виявлено натяки на те, що темна енергія може розвиватися з часом. Квітневі результати стосувалися виняткової особливості скупчення галактик, відомої як баріонні акустичні коливання (baryon acoustic oscillations, BAO). Новий аналіз розширює інформацію, отриману з даних DESI. Виміряно, як галактики та матерія розподіляються в різних масштабах у просторі. Дослідження також забезпечило покращені обмеження на масу нейтрино [2], єдиних фундаментальних частинок, маси яких ще не були точно виміряні. Нейтрино дуже незначно впливають на модель скупчення галактик, але його можна виміряти за даними DESI. Обмеження DESI є найсуворішими на сьогоднішній день. Вони доповнюють обмеження маси нейтрино, визначені в лабораторних вимірюваннях.
Дослідження потребувало місяців додаткової роботи та перехресних перевірок. Як і в попередньому дослідженні, його результат не оголошували до завершення роботи, щоб уникнути будь-яких несвідомих упереджених тлумачень.
«Це дослідження є частиною одного з основних питань проєкту DESI — дізнатися про фундаментальні аспекти нашого всесвіту у великих масштабах, такі як розподіл матерії та поведінку темної енергії, а також про фундаментальні аспекти частинок», — заявив Стефані Джуно (Stephanie Juneau), астроном NOIRLab і член колаборації DESI. «Порівнюючи еволюцію розподілу матерії у Всесвіті з наявними прогнозами, зокрема із загальною теорією відносності Айнштайна та іншими теоріями гравітації, ми справді розширюємо можливості наших моделей гравітації».
Колаборації DESI зараз аналізує дані, отримані протягом перших трьох років спостережень, і планує представити оновлені вимірювання темної енергії та історію розширення нашого всесвіту в наступному році. Результати DESI, оприлюднені щойно, узгоджуються з попередніми щодо еволюції темної енергії та додають інтриги в очікуванні майбутнього аналізу.
«Темна матерія становить близько чверті Всесвіту, а темна енергія — ще 70 відсотків, і ми насправді не знаємо, що таке перше й друге», — сказав Марк Маус (Mark Maus), аспірант лабораторії Берклі та Каліфорнійського університету в Берклі, який працював над теорією та перевіркою моделювання для нового аналізу. «Ідея про те, що ми можемо сфотографувати Всесвіт і вирішити ці великі, фундаментальні питання, приголомшлива».
Примітки
[1] Прискорене розширення Всесвіту та відкриття темної енергії було революційним досягненням у космології. Об’єкти NOIRLab зіграли центральну роль, підтримуючи обидві групи лауреатів Нобелівської премії за допомогою приладів і телескопів для детальних вимірювань наднових, які привели до цього відкриття.
[2] Попередні експерименти з нейтрино показали, що сума мас трьох типів нейтрино повинна бути щонайменше 0,059 еВ/c2. (Для порівняння, електрон має масу приблизно 511 000 еВ/c2.) Результати DESI показують, що сума повинна бути менше 0,071 еВ/c2, залишаючи вузьке вікно для мас нейтрино.
За інф. з сайту https://noirlab.edu
