BelNET logo

Электронный портал ядерных знаний Республики Беларусь

Belarusian Nuclear Education and Training Portal - BelNET

eng

rus

Материал портала ядерных знаний BelNET
статья/документ по запросу ресурса "4536"
2024-01-15
Последние результаты исследования сверхновых в рамках программы Dark Energy Survey

В 1998 году астрофизики обнаружили, что Вселенная расширяется с ускорением. Это объясняется наличием темной энергии, составляющей около 70% нашей Вселенной. Хотя открытие было предвосхищено более ранними измерениями, оно стало некоторым сюрпризом: в то время астрофизики сходились во мнении, что расширение Вселенной должно замедляться из-за гравитации.

Это революционное открытие, которое астрофизики сделали благодаря наблюдениям за сверхновыми типа Ia (“один-а”), было отмечено Нобелевской премией по физике в 2011 году.

Теперь, спустя 25 лет после этого открытия, участники проекта Dark Energy Survey (DES) опубликовали результаты беспрецедентного анализа с использованием того же метода. Они установили самые строгие ограничения на расширение Вселенной, когда-либо полученные с помощью исследования сверхновых в рамках проекта DES. В презентации на 243-м заседании Американского астрономического общества 8 января и в статье, представленной в январе в Astrophysical Journal под названием "The Dark Energy Survey: Cosmology results with new high-redshift type Ia supernovae using the full 5-year dataset", астрофизики DES сообщили о результатах, которые согласуются с общепринятой космологической моделью Вселенной с ускоренным расширением. Тем не менее, полученные результаты не являются окончательными, и нельзя полностью исключить возможность существования более сложной модели.

Dark Energy Survey - это международная коллаборация, в которую входят более 400 астрофизиков, астрономов и космологов из более чем 25 институтов под руководством сотрудников U.S. Department of Energy's Fermi National Accelerator Laboratory. Специалисты DES составили карту области, занимающей почти одну восьмую части всего неба с помощью 570-мегапиксельной цифровой камеры Dark Energy Camera. В 2012 году она была установлена на телескоп Victor M. Blanco в Cerro Tololo Inter-American Observatory. Ученые DES получали данные в течение 758 ночей на протяжении шести лет.

Чтобы понять природу темной энергии и измерить скорость расширения Вселенной, ученые DES провели анализ с помощью четырех различных методов, включая метод сверхновых, использованный в 1998 году.

Астрофизики прослеживают историю расширения космоса по большим выборкам сверхновых, охватывающим широкий диапазон расстояний. Для каждой сверхновой проводится соответствие ее расстояния с измерением ее красного смещения - насколько быстро она удаляется от Земли из-за расширения Вселенной. По этим данным ученые могут определить, оставалась ли плотность темной энергии постоянной или менялась с течением времени.

"По мере расширения Вселенной плотность материи уменьшается", - говорит директор и пресс-секретарь DES Рич Крон, исследователь из Фермилаба и Чикагского университета. "Но если плотность темной энергии постоянна, это означает, что общая доля темной энергии должна увеличиваться по мере увеличения объема".

Кульминация десятилетних усилий (см. ниже)

Загрузить:
Fermilab.jpg8228image/jpeg2024-01-15 07:50:50

Стандартная космологическая модель, (Lambda Cold Dark Matter), основана на том, что плотность темной энергии остается постоянной в течение космологического времени. Модель описывает Вселенную, используя всего несколько характеристик, таких как плотность материи, тип материи и поведение темной энергии. Метод сверхновых очень хорошо ограничивает две из этих характеристик: плотность материи и величину , определяющую изменение плотности темной энергии. Согласно стандартной космологической модели величина должна быть равна .

Результаты проведенных исследований коллаборации показали, что только по сверхновым. В сочетании с дополнительными данными телескопа Planck Европейского космического агентства достигает в пределах погрешности.

"Значение не точно равно , но достаточно близко к ", - рассказывает Тамара Дэвис, профессор Квинслендского университета (Австралия) и один из руководителей рабочей группы DES по сверхновым звездам. "Возможно, нужна более сложная модель. Темная энергия действительно может меняться со временем".

Чтобы прийти к окончательному выводу, ученым требуется больше данных. Но DES уже не сможет их предоставить: исследование прекратило прием данных в январе 2019 года.

Новаторский подход

Описанный выше окончательный анализ сверхновых, проведенный DES, во многом улучшил первый результат по сверхновым, опубликованный в 2018 году, в котором использовалось всего 207 сверхновых и три года данных.

В новом исследовании впервые применен новый подход к использованию фотометрии - с беспрецедентными четырьмя фильтрами - для поиска сверхновых, их классификации и измерения их кривых светимости. Последующая спектроскопия соответствующей галактики с помощью Англо-Австралийского телескопа позволила получить точные красные смещения для каждой сверхновой. Использование дополнительных фильтров позволило получить более точные данные, и это является значительным прогрессом по сравнению с нобелевскими образцами сверхновых, в которых использовались только один или два фильтра.

Исследователи DES использовали передовые методы машинного обучения в классификации сверхновых. Среди данных о примерно двух миллионах удаленных наблюдаемых галактик DES обнаружил несколько тысяч сверхновых. В итоге ученые использовали 1499 сверхновых типа Ia с высококачественными данными, что сделало эту выборку самой большой и глубокой из когда-либо собранных сверхновых с одного телескопа. В 1998 году нобелевские астрономы использовали всего 52 сверхновых. "По сравнению с тем, что было 25 лет назад, это действительно огромное достижение", - утверждает Дэвис.

"Это наша лучшая попытка объяснить, как устроена Вселенная", - заявил Диллон Броут, доцент Бостонского университета, который вместе с Винченци руководил космологическим анализом выборки сверхновых DES. "Теперь эти ограничения станут золотым стандартом в космологии сверхновых на долгое время".

Вход, регистрация