Новое открытие проливает свет на расширение Вселенной и темную энергию

Ученые получили более четкую картину расширения Вселенной и темной энергии, загадочной силы, которая ускоряет это расширение, чем когда-либо прежде. Это стало возможным благодаря анализу шести лет данных, собранных камерой Dark Energy Camera (DECam), установленной на 4-метровом телескопе Víctor M. Blanco Национального научного фонда США.

Анализированные данные включают 758 ночей наблюдений за одной восьмой неба, проведенных сотрудничеством Dark Energy Survey (DES) между 2013 и 2019 годами. Во время глубокого, широкополосного обзора неба с помощью 570-мегапиксельной камеры DECam были записаны данные от 669 миллионов галактик, расположенных на расстоянии миллиардов световых лет от Земли.

Этот анализ представляет собой первый случай, когда четыре отдельных метода изучения темной энергии были объединены в один. Результаты удвоили силу ограничений на эффект темной энергии, что является важным шагом на пути к пониманию истинной природы этой загадочной силы, которая доминирует во Вселенной.

"Эти результаты от DES проливают новый свет на наше понимание Вселенной и ее расширения", - сказала Реджина Рамейка, заместитель директора отдела физики высоких энергий в офисе науки Департамента энергетики. "Они демонстрируют, как долгосрочные инвестиции в исследования и объединение нескольких типов анализа могут дать представление о некоторых из самых больших загадок Вселенной".

Первые намеки на темную энергию были обнаружены в 1998 году, когда две отдельные команды астрономов наблюдали далекие сверхновые и обнаружили, что чем дальше они находятся, тем быстрее они удаляются от Земли. Это не только подтвердило, что Вселенная расширяется, как предполагал Эдвин Хаббл столетие назад, но и показало, что это расширение ускоряется. Темная энергия - это временное название, данное тому, что вызывает это ускорение. За 28 лет с момента этого открытия ученые определили, что темная энергия составляет около 68% от общего энергетического и материального бюджета космоса.

Новый анализ учитывал сверхновые типа Ia, а также три других метода изучения космической структуры и расширения. Эти методы включают слабое гравитационное линзирование, кластеризацию галактик и барионные акустические колебания. "Это невероятное чувство видеть эти результаты, основанные на всех данных, и с использованием всех четырех методов, которые DES планировал", - сказала Юаньюань Чжан, член сотрудничества DES из NOIRLab. "Это было то, о чем я бы только осмелилась мечтать, когда DES начал собирать данные, и теперь эта мечта стала реальностью".

Используя данные, предоставленные камерой DECam, и описанные выше методы, команда DES реконструировала распределение материи за последние 6 миллиардов лет космической истории. Затем они сравнили эти результаты с двумя доминирующими моделями Вселенной: стандартной моделью космологии (Lambda Cold Dark Matter, LCDM) и расширенной моделью (wCDM). Результаты DES хорошо согласуются с моделью LCDM, но также хорошо согласуются с моделью wCDM.

Однако есть один параметр, который эти новые результаты показали как отклоняющийся от обоих этих космических моделей: как материя в современной Вселенной должна кластеризоваться на основе измерений ранней Вселенной. Эти результаты не только подтвердили, что современные галактики не кластеризуются так, как предсказывают модели LCDM или wCDM, но и показали, что разница между наблюдениями и теорией стала еще более выраженной.

Следующий шаг для DES будет объединить данные камеры DECam с наблюдениями около 20 миллиардов галактик от недавно завершенного обсерватории Веры Рубин, когда она начнет свое десятилетнее исследование Legacy Survey of Space and Time (LSST). Это должно представить еще более четкую картину истории Вселенной и природы темной энергии.

"DES был трансформационным, и обсерватория Веры Рубин возьмет нас еще дальше", - сказал Крис Дэвис, программный директор Национального научного фонда. "Беспрецедентный обзор южного неба обсерваторией Рубин позволит провести новые тесты гравитации и прольет свет на темную энергию".

Исследование команды было представлено в журнале Physical Review D и доступно на сайте arXiv.