Первые результаты DESI по исследованию расширения Вселенной DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) объединяет почти тысячу исследователей из более чем семидесяти учреждений по всему миру. Спектроскопический прибор для изучения темной энергии был создан и эксплуатируется при финансовой поддержке Управления по науке Министерства энергетики США и установлен на 4-метровом телескопе Николаса У. Мэйолла Национального научного фонда США в Национальной обсерватории Китт-Пик. Фермилаб внесла свой вклад в создание DESI, прежде всего онлайновых баз данных для сбора данных и программного обеспечения, обеспечивающего точное наведение каждого из 5000 роботов-позиционеров на небесные цели с точностью до десятой доли ширины человеческого волоса. Фермилаб также провел тестирование и компоновку приборов с зарядовой связью (charge-coupled devices, CCD) DESI. CCD-матрицы преобразуют свет далеких галактик в цифровую информацию, которая затем может быть проанализирована коллаборацией. Чтобы изучить влияние темной энергии за последние 11 миллиардов лет, специалисты DESI создали самую большую 3D-карту нашего космоса из когда-либо созданных, с самыми точными измерениями на сегодняшний день. Впервые ученые измерили историю расширения молодой Вселенной с точностью до 1 %, что дает нам лучшее представление о развитии Вселенной. Исследователи поделились результатами анализа собранных за первый год данных в нескольких статьях, которые опубликованы на arXiv, а также в докладах на заседании Американского физического общества в США и на конференции Rencontres de Moriond в Италии. "Мы невероятно гордимся этими данными, которые позволили получить лучшие в мире результаты по космологии и являются первыми результатами нового поколения экспериментов с темной энергией", - сказал Майкл Леви, директор DESI и ученый из Национальной лаборатории имени Лоуренса Беркли Министерства энергетики, которая руководит проектом. "Пока мы видим базовое согласие с нашей лучшей моделью Вселенной, но мы также наблюдаем некоторые потенциально интересные различия, которые могут указывать на то, что темная энергия эволюционирует со временем. Эти отличия могут исчезнуть, а могут и не исчезнуть с увеличением количества данных, поэтому мы с нетерпением ждем начала анализа нашего трехлетнего набора данных". Ведущая модель Вселенной известна под названием Lambda CDM. Она включает в себя как слабо взаимодействующий тип материи (холодная темная материя, или CDM), так и темную энергию (Lambda). И материя, и темная энергия определяют, как расширяется Вселенная - но противоположными способами. Материя и темная материя замедляют расширение, а темная энергия ускоряет его. Количество указанных составляющих влияет на эволюцию Вселенной. Модель хорошо описывает результаты предыдущих экспериментов и эволюцию Вселенной. Однако, когда результаты первого года работы DESI объединяются с данными других исследований, обнаруживаются некоторые тонкие различия с тем, что предсказывала бы модель Lambda CDM. По мере того как DESI будет собирать больше информации в ходе пятилетнего исследования, эти первые результаты станут более точными, проливая свет на то, указывают ли данные на другие объяснения наблюдаемых нами результатов или на необходимость обновления нашей модели. Дополнительные данные позволят улучшить и другие ранние результаты DESI, которые касаются постоянной Хаббла (мера скорости расширения Вселенной) и массы нейтрино. Загрузить:
"Ни один спектроскопический эксперимент не собирал такого количества данных, и мы продолжаем собирать данные более чем по миллиону галактик каждый месяц", - говорит Натали Паланке-Делабруй, ученый из Лаборатории Беркли и один из авторов эксперимента. Поразительно, что, получив данные только за первый год, мы уже можем измерить характеристики расширения нашей Вселенной на семи различных отрезках космического времени, каждый с точностью от 1 до 3 %". Команда проделала огромную работу по учету инструментальных и теоретических тонкостей моделирования, что дает нам уверенность в надежности наших первых результатов". Общая точность DESI по истории расширения за все 11 миллиардов лет составляет 0,5%. Для самой отдаленной эпохи, охватывающей 8-11 миллиардов лет, точность составляет рекордные 0,82%. Такое измерение нашей молодой Вселенной сделать невероятно сложно. Тем не менее, за один год DESI стал вдвое более мощным в этих измеренях, чем его предшественник (BOSS/eBOSS Слоановского цифрового обзора неба), которому понадобилось для этого более десяти лет. Глядя на карту DESI, легко увидеть основную структуру Вселенной: нити галактик, сгруппированные вместе, разделенные пустотами с меньшим количеством объектов. Наша ранняя Вселенная, находящаяся далеко за пределами видимости DESI, была совсем другой: горячий, плотный "суп" из субатомных частиц, движущихся слишком быстро, чтобы образовать стабильную материю, такую как атомы. Крошечные флуктуации в этой ранней ионизированной плазме вызывали акустические волны плотности, перемещая барионы в виде ряби, похожей на ту, что можно увидеть, бросив горсть гравия в пруд. По мере расширения и охлаждения Вселенной образовались нейтральные атомы, и волны плотности прекратились, заморозив рябь в трех измерениях и увеличив кластеризацию будущих галактик в плотных областях. Спустя миллиарды лет мы все еще можем наблюдать этот слабый рисунок трехмерной ряби, или пузырей, в характерном разделении галактик - эта особенность называется барионными акустическими колебаниями (Baryon Acoustic Oscillations, BAO). Исследователи используют измерения BAO в качестве космической линейки. Измеряя видимый размер этих пузырей, они могут определить расстояние до материи, ответственной за этот чрезвычайно слабый узор на небе. Картирование пузырей BAO вблизи и на расстоянии позволяет исследователям разделить данные на фрагменты, измерить скорость расширения Вселенной в каждый момент ее прошлого и смоделировать, как темная энергия влияет на это расширение. "Мы измерили историю расширения в этом огромном диапазоне космического времени с точностью, превосходящей все предыдущие исследования BAO, вместе взятые", - говорит Хи-Джонг Со, профессор Университета Огайо и соруководитель анализа BAO в DESI. Мы очень рады узнать, как эти новые измерения улучшат и изменят наше понимание космоса. Люди извечно увлечены нашей Вселенной, желая знать, из чего она состоит и что с ней будет дальше". Использование галактик для измерения характеристик расширения и лучшего понимания темной энергии - один из методов. В определенный момент свет от обычных галактик становится слишком слабым, поэтому исследователи обращаются к квазарам - чрезвычайно удаленным ярким галактическим объектам с черными дырами в центре. Свет квазаров поглощается при прохождении через межгалактические облака газа, что позволяет исследователям наносить на карту скопления плотной материи и использовать их так же, как галактики, - этот метод известен как "Lyman-alpha forest". Исследователи использовали 450 000 квазаров - самый большой набор, когда-либо собранный для измерений Lyman-alpha forest, - чтобы расширить измерения BAO до 11 миллиардов лет в прошлом. К концу исследования DESI планирует составить карту 3 миллионов квазаров и 37 миллионов галактик. DESI - первый спектроскопический эксперимент, в котором проводится полностью "слепой анализ", скрывающий от ученых истинный результат, чтобы избежать подсознательной предвзятости в отношении подтверждения. Исследователи работают с измененными данными, составляя код для анализа своих выводов. Когда все готово, они применяют свой анализ к исходным данным, чтобы узнать реальный ответ. Данные DESI будут использованы для дополнения будущих исследований неба, а именно в обсерватории Vera C. Rubin и на космическом телескопе Nancy Grace Roman, а также для подготовки к потенциальной модернизации DESI (DESI-II), которая была рекомендована в недавнем отчете Группы по определению приоритетов проектов по физике частиц США. "Мы находимся в золотой эре космологии: масштабные исследования уже проводятся и вот-вот начнутся, а новые методы разрабатываются, чтобы наилучшим образом использовать эти наборы данных", - говорит Арно де Маттиа, исследователь из Французской комиссии по альтернативным источникам энергии и атомной энергии (CEA) и соруководитель группы DESI, занимающейся интерпретацией космологических данных. "Мы все очень заинтересованы в том, чтобы увидеть, подтвердят ли новые данные те особенности, которые мы увидели в нашей выборке первого года, и лучше понять динамику нашей Вселенной". |
Электронный портал ядерных знаний Республики Беларусь
Belarusian Nuclear Education and Training Portal - BelNET
