С помощью спектроскопического инструмента тёмной энергии DESI учёные смогли заглянуть в прошлое Вселенной на 11 миллиардов лет. DESI, установленный на вершине горы, собирает свет от удалённых объектов, который только сейчас достигает нас. Данные позволили составить наиболее точную трёхмерную карту Вселенной. Это большое достижение в понимании развития Вселенной и роли тёмной энергии.

Тёмная энергия – это ингредиент, который вызывает ускоренное расширение Вселенной. DESI позволил учёным измерить историю расширения молодой Вселенной с точностью более 1%.

3D-карта нашей Вселенной. Земля находится в центре этого небольшого фрагмента полной карты. В увеличенном разрезе видно основную структуру материи Вселенной. Источник: Claire Lamman / DESI collaboration

Руководитель DESI Майкл Леви (Michael Levi), отмечает, что данные пока что согласуются с ведущей моделью Lambda CDM, но всё же наблюдаются потенциально интересные различия, указывающие на возможное изменение тёмной энергии со временем. Дальнейший анализ данных поможет составить более точную картину и определить, требуется ли обновление существующей модели.

Модель Lambda CDM представляет собой комбинацию тёмной энергии и холодной тёмной материи, которые влияют на расширение Вселенной противоположными способами. Тёмная материя замедляет расширение, в то время как тёмная энергия его ускоряет. Сочетание этих двух компонентов определяет, как развивается наша Вселенная. Все предыдущие эксперименты и наблюдения хорошо соответствуют модели Lambda CDM и описывают, как Вселенная выглядела в прошлом.

Однако при анализе результатов первого года работы DESI в сочетании с данными других исследований обнаруживаются некоторые незначительные отклонения от предсказаний Lambda CDM. С увеличением объёма данных в течение пятилетнего исследования DESI результаты станут более точными, что поможет определить, указывают ли эти данные на требование обновления модели или объясняются другими факторами.

Натали Паланк-Делабруй (Nathalie Palanque-Delabrouille), учёный из лаборатории Беркли, отмечает, что ни один спектроскопический эксперимент ранее не собирал такое количество данных. DESI продолжает собирать информацию о более чем миллионе галактик каждый месяц. «Уже за первый год работы DESI удалось измерить историю расширения Вселенной в семи различных периодах с точностью от 1 до 3%», — говорит она.

Иллюстрация света квазаров, проходящего через межгалактические облака газообразного водорода. Источник: NOIRLab / NSF / AURA / P. Marenfeld / DESI collaboration

Общая точность DESI за 11 миллиардов лет составляет 0,5%, а наиболее отдалённая эпоха, охватывающая период от 8 до 11 миллиардов лет назад, имеет рекордную точность в 0,82%. DESI уже в первый год работы стал вдвое эффективнее в измерении истории расширения на ранних стадиях Вселенной по сравнению с предшествующим проектом Sloan Digital Sky Survey, который длился более десяти лет.

Установленный на вершине 4-метрового «телескопа Николаса Мэйолла» Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне, инструмент DESI — результат международного сотрудничества более 900 исследователей из более чем 70 учреждений по всему миру. Анализируя карту, созданную DESI, исследователи могут увидеть основные структуры Вселенной.

В ранней Вселенной, которая находится за пределами области видимости DESI, господствовали горячий и плотный суп из субатомных частиц, движущихся настолько быстро, что они не могли образовывать стабильную материю, подобную атомам, которую мы знаем сегодня.

Малейшие колебания в ионизированной плазме вызывали волны в барионной материи. По мере расширения и охлаждения Вселенной, эти волны затухали, сохраняя рисунок будущих скоплений галактик в плотных областях.

Миллиарды лет спустя, слабый узор колебаний в этой ранней плазме до сих пор виден в разделении галактик, он называется барионными акустическими колебаниями (БАО). Анализ карты БАО, как близких, так и далёких, позволяет исследователям разделить данные на фрагменты, измеряя, как быстро расширялась Вселенная на разных этапах своего развития, и моделировать, как тёмная энергия влияет на это расширение.

Наблюдения галактик хорошо подходят для изучения истории расширения Вселенной и лучшего понимания тёмной энергии, но в определённый момент свет типичных галактик становится слишком тусклым. Поэтому учёные обращаются к квазарам — галактическим ядрам с чёрными дырами в центрах.

В данное исследование учёные также включили квазары. Это позволяет «увидеть тень» газа между квазарами и Землёй и получить более глубокое понимание ранней Вселенной.

Для этого использованы данные более чем 450 000 квазаров, — самый большой набор, когда-либо собранный, — чтобы расширить границы исследования до 11 миллиардов лет назад. К финалу проекта DESI будет картировано 3 миллиона квазаров и 37 миллионов галактик.

Проект DESI — это первый эксперимент, в котором проводится полностью «слепой анализ», чтобы исключить любое подсознательное влияние на результаты исследования. Учёные разрабатывают код для анализа данных, который применяется к исходным данным только после того, как все оценки подтверждены.

Полученные данные DESI будут использованы для обогащения будущих наблюдений, таких как данные от «обсерватории Веры Рубин» и космического телескопа «Нэнси Грейс». Кроме того, они помогут подготовиться к обновлению самого инструмента DESI.

«Мы живем в золотую эпоху космологии: большие исследования продолжаются, разрабатываются новые методы, чтобы наилучшим образом использовать новые наборы данных. Мы все очень заинтересованы в том, чтобы увидеть, подтвердят ли новые данные те детали, которые мы обнаружили в первой выборке, и помогут ли они лучше понять динамику нашей Вселенной», — отметил Арно де Маттиа, и со-руководитель группы DESI, которая интерпретирует космологические данные.

Подробнее на iXBT