Крупнейшая и самая детальная трёхмерная карта Вселенной из когда-либо созданных была представлена, ознаменовав завершение пятилетнего научного марафона. На этой неделе 5000 волоконно-оптических «глаз» прибора DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) устремились на участок неба рядом с Малой Медведицей. Эти наблюдения стали последними фрагментами потрясающе огромной «компьютерной томографии» Вселенной, которую учёные постепенно собирали воедино с 2021 года.
В общей сложности обзор DESI охватывает более 47 миллионов галактик и 20 миллионов дополнительных звёзд. Это объединяет наблюдения за более чем в шесть раз большим количеством галактик и квазаров (ярких сигналов от чёрных дыр), чем все предыдущие измерения вместе взятые. Свет от самых далёких галактик имеет возраст более 11 миллиардов лет, почти достигая момента рождения Вселенной. Доктор Сешадри Надатур, исследователь из Портсмутского университета и сопредседатель рабочей группы DESI по кластеризации галактик и квазаров, говорит: «Трудно переоценить, насколько важна эта карта галактик DESI для космологии. Мы пока лишь коснулись поверхности, и мне не терпится узнать, что ещё мы сможем открыть».
Каждую ночь на протяжении последних пяти лет каждый из 5000 «глаз» DESI наводился на отдельную крошечную точку света в небе. Роботизированные руки с точностью до 10 микрон (менее толщины волоса) наводили каждую линзу, переключаясь на новую цель каждые 20 минут. Собранный свет измерялся и разделялся на составляющие цвета десятью спектрографами, чтобы определить положение, скорость и химический состав каждого объекта. Результатом стала трёхмерная карта Вселенной вокруг Земли с ошеломляющей детализацией, точностью и масштабом. Единственные скрытые от обзора области — это участки неба, где толстый край Млечного Пути блокирует свет от более далёких звёзд; на карте они видны как чёрные клинья.
Коллаборация DESI, в которую вошли более 900 учёных из 70 институтов по всему миру, была создана для разгадки тайн тёмной энергии — невидимой силы, составляющей около 70% Вселенной и ответственной за её ускоряющееся расширение. Данные первых трёх лет обзора показали, что тёмная энергия, которую ранее считали постоянной, на самом деле может меняться. Поскольку рождение и конечная гибель Вселенной зависят от баланса между материей и тёмной энергией, это революционное открытие могло перевернуть всё, что учёные знали о космосе. Теперь, имея больше данных, чем когда-либо, учёные надеются, что полная карта покажет, является ли наблюдаемая эволюция тёмной энергии более или менее значительной, чем они предполагали. Коллаборация немедленно приступит к обработке завершённого набора данных, а первые результаты по тёмной энергии за все пять лет обзора DESI ожидаются в 2027 году.
Невероятно, но DESI завершил наблюдения досрочно и собрал гораздо больше данных, чем ожидали учёные. Первоначальный план состоял в том, чтобы наблюдать 34 миллиона галактик и квазаров. Однако сканирование оказалось настолько эффективным, что астрономы смогли повторно посещать одни и те же области несколько раз, выявляя всё больше деталей. Доктор Майкл Леви, директор DESI и учёный из Лаборатории Беркли, говорит: «Пятилетний обзор DESI был впечатляюще успешным. Инструмент работал лучше, чем ожидалось. Мы отпразднуем завершение первоначального обзора, а затем приступим к обработке данных, потому что всем нам интересно, какие новые сюрпризы нас ждут».
Начиная с 2028 года, учёные планируют увеличить площадь обзора примерно на 20%, чтобы охватить 17 000 квадратных градусов неба. DESI потребуется приблизиться к переполненной плоскости Млечного Пути и продвинуться дальше на юг, где на пути стоит больше земной атмосферы. Это сделает сбор новых наблюдений значительно более сложным, но учёные, стоящие за проектом, оптимистично настроены и считают, что их инструмент справится с задачей. Учёные будут использовать DESI для повторного изучения ранее нанесённых на карту областей в поисках нового класса галактик, известных как «яркие красные галактики». Исследователи также будут изучать близлежащие карликовые галактики и звёздные потоки — полосы звёзд, оторванных от меньших галактик гравитацией Млечного Пути, в надежде узнать больше о тёмной энергии. Стефани Жюно, штатный астроном и представитель NSF NOIRLab в DES, говорит: «В конечном счёте, мы делаем это для всего человечества, чтобы лучше понять нашу Вселенную и её конечную судьбу. После того, как мы получили намёки на то, что тёмная энергия может отклоняться от константы, потенциально изменяя эту судьбу, этот момент ощущается так, будто я сижу на краешке стула, пока мы анализируем новую карту, чтобы увидеть, подтвердятся ли эти намёки».
Что же означает эта карта для нашего понимания космоса? Помимо впечатляющих цифр, она даёт учёным возможность впервые «увидеть» крупномасштабную структуру Вселенной с беспрецедентной точностью. Каждая точка на карте — это не просто галактика, а целая звёздная система, а их скопления образуют нити «космической паутины» — гигантские волокна, разделённые пустотами. Анализируя распределение этих нитей, исследователи могут измерять скорость расширения Вселенной в разные эпохи её существования.
Главная интрига заключается в поведении тёмной энергии. Если предварительные намёки на её изменчивость подтвердятся, это станет крупнейшей научной революцией в физике со времён открытия расширения Вселенной Эдвином Хабблом. Стандартная космологическая модель (Lambda-CDM), которая считалась незыблемой, потребует серьёзной корректировки — или даже замены. Это повлияет на предсказания о будущем Вселенной: будет ли она расширяться вечно, разорвётся ли в «Большом разрыве» или, возможно, когда-нибудь начнёт сжиматься обратно.
Кроме того, данные DESI помогут пролить свет на природу самой тёмной материи — невидимого вещества, которое составляет около 25% Вселенной и служит «каркасом» для галактик. Точная карта того, как галактики сгруппированы под действием гравитации, позволяет учёным отделить эффекты тёмной материи от эффектов тёмной энергии. В ближайшие годы нас ждёт настоящий золотой век космологии: данные DESI будут объединены с наблюдениями телескопов «Евклид» (ЕКА), «Нэнси Грейс Роман» (NASA) и обсерватории Веры Рубин. Вместе они обещают дать наиболее полную картину эволюции Вселенной за последние 13,8 миллиарда лет. А пока учёные с замиранием сердца ждут 2027 года, когда будут обнародованы окончательные выводы о природе тёмной энергии.
Что такое тёмная энергия?
Тёмная энергия — это термин, используемый физиками для описания таинственного «нечто», вызывающего необычные явления во Вселенной. Вселенная полна материи, и притягательная сила гравитации стягивает всю материю вместе. Затем наступил 1998 год, и наблюдения очень далёких сверхновых с помощью космического телескопа «Хаббл» показали, что очень давно Вселенная расширялась медленнее, чем сегодня. «Вселенная не только расширяется, но и расширяется всё быстрее и быстрее с течением времени», — рассказала MailOnline доктор Кэти Ромер, учёный проекта Dark Energy Survey. «Мы ожидали, что расширение будет замедляться, но происходит обратное. Прошло почти 14 миллиардов лет после Большого взрыва, и мы пытаемся понять, почему». Никто не ожидал этого, никто не знал, как это объяснить. Но что-то было причиной этого. Тёмная энергия — это общее название для этого загадочного феномена, составляющего около 70% всей энергии Вселенной.
Ваш комментарий