3D карта вселенной: ее составляли 20 лет и она уже удивила ученых |

Содержание

Самая большая 3D карта Вселенной!

АстрофизикаНовости

26.07.2020

1 742 1 минута чтения

Крупномасштабное космологическое исследование позволило создать самую большую 3D-карту Вселенной, когда-либо выполненную. Это результат анализа нескольких миллионов галактик и других квазаров. Таким образом, эта работа прослеживает более непрерывную историю Вселенной и предлагает лучшее понимание механизмов ее расширения.

Двадцатилетняя программа

Астрофизики со всех уголков земного шара создают самую большую 3D-карту во Вселенной ! Этот проект основан на инициативе Федеральной политехнической школы в Лозанне, Швейцария, о чем говорится в заявлении от 20 июля 2020 года. Эта карта является результатом анализа четырех миллионов галактик и других квазаров, этих источников квазизвездного астрономического излучения.

Сотни исследователей из примерно 30 учреждений приняли участие в обширной программе космологических исследований Sloan Digital Sky Survey (SDSS). А ведь это продлится больше двадцати лет! Сама карта была составлена по результатам последнего космологического обследования в рамках программы «Расширенное спектроскопическое обследование барионских колебаний» (eBOSS). Обследование проводилось с помощью телескопа в Нью-Мексико, США.

Заполнение пробела в данных

Напомним, что первые мгновения Вселенной довольно хорошо известны науке. Это плод многих теоретических работ о Большом взрыве и наблюдения космологического диффузного фона. Кроме того, расширение Вселенной также довольно хорошо понимается благодаря исследованиям галактик и измерениям расстояния.

Однако по-прежнему не хватает данных. Однако задача проекта eBOSS заключалась в том, чтобы заполнить этот пробел с момента его создания в 2012 году. Цель состояла в том, чтобы получить наиболее полное 3D-отображение Вселенной, впервые используя новые плоттеры. Последние воплощены в галактиках, активно формирующих звезды, а также квазаров.

Что показывает карта?

На карте показаны нити материи, а также пустоты, определяющие структуру Вселенной, когда ей было около 380 000 лет. Что касается Вселенной 6 миллиардов лет назад, исследователи ссылаются на самые старые (и самые красные) галактики. В случае более древних эпох речь идет о более молодых (синих) галактиках. Что касается квазаров, то они позволили вернуться на 11 миллиардов лет назад!

Давайте поговорим о расширении Вселенной. Карта показывает ускорение этого расширения в некоторый момент, все еще присутствующее сегодня. По мнению исследователей, это явление нашло бы свою причину в присутствии темной энергии. Это невидимый элемент, вписывающийся в общую теорию относительности Эйнштейна. С другой стороны, его происхождение пока не выяснено.

То, что Вселенная расширяется, известно давно, но точная скорость этого расширения (постоянная Хаббла) остается неизвестной. Сравнивая результаты проекта eBOSS с предыдущими исследованиями, ученые обнаружили расхождение. Это ускорение будет на 10% медленнее, чем предполагалось в прошлом!

Подпишитесь на нас:Дзен.Новости / Вконтакте / Telegram

Карта Вселенной — новая, самая подробная версия

Тема дня

Главная
Технологии

14 января, 2022, 18:25

Распечатать

Информацию собирал аппарат DESI в США.

Вам также будет интересно
>
На связи: шесть способов зарядить телефон без света
05:00
Ученые обнаружили в скальных породах «пузырьки океана» возрастом почти 400 миллионов лет
28.11 19:11
«Удар» со стороны Солнца: Землю накрыла магнитная буря
28. 11 15:17
Неизвестные похитили редкие кельтские монеты на 1,7 миллиона долларов
28.11 14:36
Большой адронный коллайдер остановили для экономии электроэнергии
28.11 13:53
В Египте нашли новые мумии с золотыми языками
28.11 12:56
Астронавт Скотт Келли посетил Ирпень и Киев
28. 11 10:55
Известные бренды отказываются от рекламы в Twitter из-за Маска – FT
27.11 03:54
Ученые нашли следы органических соединений в кратере на Марсе
26.11 18:33
В Украине создали чат-бот, который учит детей и подростков основным действиям во время войны
26. 11 18:05
Ученые разбудили древние «вирусы-зомби», которые нашли в Сибири
26.11 17:33
Связь восстанавливается: в Украине уже работает 73% мобильной сети
26.11 14:39

Последние новости

ЧМ-2022: британское дерби, Иран против США и другие матчи дня
09:10
Поставки российского СПГ в Европу выросли до рекордного уровня в 2022 году — FT
09:05
Перемирие может оправдать все преступления РФ в Украине — Штайнмайер
09:02
Швеция предоставила Украине крупнейший в истории двусторонних отношений пакет оборонной и финансовой помощи – глава МИД
08:50
ОККУПИРОВАННЫЕ. Как Украина возвращает жизнь на освобожденной Херсонщине
08:30

Все новости

Добро пожаловать!
Регистрация
Восстановление пароля
Авторизуйтесь, чтобы иметь возможность комментировать материалы
Зарегистрируйтесь, чтобы иметь возможность комментировать материалы
Введите адрес электронной почты, на который была произведена регистрация и на него будет выслан пароль

Забыли пароль?
Войти

Пароль может содержать большие и маленькие буквы латинского алфавита, а также цифры
Введенный e-mail содержит ошибки

Зарегистрироваться

Имя и фамилия должны состоять из букв латинского алфавита или кирилицы
Введенный e-mail содержит ошибки
Данный e-mail уже существует
У поля Имя и фамилия нет ошибок
У поля E-mail нет ошибок

Напомнить пароль

Введенный e-mail содержит ошибки

Нет учетной записи? Зарегистрируйтесь!
Уже зарегистрированы? Войдите!
Нет учетной записи? Зарегистрируйтесь!

Спектроскопический прибор темной энергии (DESI) создает самую большую трехмерную карту космоса

Спектроскопический прибор темной энергии (DESI) завершил первые семь месяцев своего исследования, побив все предыдущие рекорды для трехмерных исследований галактик , создав самую большую и самую подробную карту Вселенной. Тем не менее, это всего лишь около 10% пути через его пятилетнюю миссию. Когда эта феноменально подробная трехмерная карта будет завершена, она позволит лучше понять темную энергию и, таким образом, даст физикам и астрономам лучшее понимание прошлого и будущего Вселенной. Между тем впечатляющие технические характеристики и буквально космические достижения обзора помогают ученым раскрыть секреты самых мощных источников света во Вселенной.

DESI — это международное научное сотрудничество, которым управляет Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли Министерства энергетики (Berkeley Lab) при основном финансировании строительства и эксплуатации из Управления науки Министерства энергетики США.

Ученые

DESI представляют работу прибора и некоторые ранние результаты астрофизики на этой неделе на вебинаре под названием CosmoPalooza, организованном лабораторией Беркли, на котором также будут представлены обновления других ведущих космологических экспериментов.

«В этом много красоты, — сказал ученый из лаборатории Беркли Жюльен Гай, один из выступавших. «В распределении галактик на 3D-карте есть огромные скопления, нити и пустоты. Это самые большие сооружения во Вселенной. Но в них вы найдете отпечаток очень ранней Вселенной и историю ее расширения с тех пор».

DESI проделал долгий путь, чтобы достичь этой цели. Первоначально предложенный более десяти лет назад, создание инструмента началось в 2015 году. Он был установлен на 4-метровом телескопе Николаса У. Мэйолла в Национальной обсерватории Китт-Пик недалеко от Тусона, штат Аризона. Национальная обсерватория Китт-Пик — это программа NOIRLab Национального научного фонда (NSF), с которой Министерство энергетики заключает контракт на эксплуатацию телескопа Mayall для исследования DESI. Прибор увидел свет в конце 2019 года.. Затем, на этапе проверки, разразилась пандемия коронавируса, отключившая телескоп на несколько месяцев, хотя некоторые работы продолжались удаленно. В декабре 2020 года DESI снова обратила взоры к небу, тестируя свое аппаратное и программное обеспечение, а к маю 2021 года была готова начать научное исследование.

Но работа над самим DESI не закончилась с началом опроса. «Это постоянная работа, которая продолжается, чтобы заставить этот инструмент работать», — сказал физик Клаус Хоншайд из Университета штата Огайо, один из научных сотрудников проекта, который представит первый доклад на сессии CosmoPalooza DESI. Хоншайд и его команда обеспечивают бесперебойную и автоматическую работу прибора, в идеале без какого-либо участия во время ночных наблюдений. «Отзывы, которые я получаю от ночных наблюдателей, заключаются в том, что смены скучные, и я воспринимаю это как комплимент», — сказал он.

Но эта однообразная производительность требует невероятно точного контроля над каждым из 5000 передовых роботов, которые размещают оптические волокна на приборе DESI, обеспечивая точность их положения с точностью до 10 микрон. «Десять микрон — это очень мало, — сказал Хоншайд. «Это меньше толщины человеческого волоса. И вам нужно расположить каждого робота так, чтобы он собирал свет от галактик, находящихся за миллиарды световых лет от нас. Каждый раз, когда я думаю об этой системе, я задаюсь вопросом, как мы могли бы осуществить это? Успех DESI как инструмента — это то, чем можно очень гордиться».

Увидеть истинные цвета темной энергии

Такой уровень точности необходим для выполнения основной задачи исследования: сбора подробных изображений цветового спектра миллионов галактик на более чем трети всего неба. Разбивая свет от каждой галактики на его спектр цветов, DESI может определить, насколько сильно свет сместился в красную сторону — растянулся к красному концу спектра из-за расширения Вселенной за миллиарды лет, которые она прошла, прежде чем достигла Земли. . Именно эти красные смещения позволяют DESI видеть глубину неба.

Чем сильнее смещен спектр галактики в красную область, тем дальше она находится. Имея под рукой трехмерную карту космоса, физики могут наносить на карту скопления и сверхскопления галактик. Эти структуры несут в себе отголоски своего первоначального формирования, когда они были просто рябью в зачаточном космосе. Улавливая эти отголоски, физики могут использовать данные DESI для определения истории расширения Вселенной.

— Наша научная цель — измерить отпечаток волн в первичной плазме, — сказал Гай. «Поразительно, что мы можем обнаружить эффект этих волн миллиарды лет спустя и так скоро в нашем исследовании».

Понимание истории расширения имеет решающее значение, поскольку на карту поставлена не что иное, как судьба всей вселенной. Сегодня около 70% содержимого Вселенной составляет темная энергия, таинственная форма энергии, которая ускоряет расширение Вселенной. По мере расширения Вселенной появляется все больше темной энергии, что еще больше ускоряет расширение, в цикле, который постоянно увеличивает долю темной энергии во Вселенной. Темная энергия в конечном итоге определит судьбу Вселенной: будет ли она расширяться вечно? Схлопнется ли он снова сам в себя в обратном Большом Взрыве? Или сам разорвется? Чтобы ответить на эти вопросы, нужно больше узнать о том, как темная энергия вела себя в прошлом, и именно для этого и предназначен DESI. И, сравнивая историю расширения с историей роста, космологи могут проверить, справедлива ли общая теория относительности Эйнштейна для этих огромных промежутков пространства и времени.

Черные дыры и яркие галактики

Но чтобы понять судьбу Вселенной, придется подождать, пока DESI не завершит дополнительные исследования. Тем временем DESI уже совершает прорыв в нашем понимании далекого прошлого, более 10 миллиардов лет назад, когда галактики были еще молодыми.

«Это довольно удивительно», — сказал Рагадипика Пуча, аспирант астрономии Аризонского университета, работающий над DESI. «DESI расскажет нам больше о физике формирования и эволюции галактик».

Пуча и ее коллеги используют данные DESI, чтобы понять поведение черных дыр промежуточной массы в небольших галактиках. Считается, что огромные черные дыры обитают в ядрах почти каждой крупной галактики, например, в нашем Млечном Пути. Но всегда ли малые галактики содержат в своих ядрах собственные (меньшие) черные дыры, до сих пор неизвестно. Черные дыры сами по себе почти невозможно найти, но если они притягивают достаточно материала, их становится легче обнаружить. Когда газ, пыль и другой материал, падающий в черную дыру, нагревается (до температуры выше, чем в ядре звезды) на пути внутрь, формируется активное галактическое ядро (АЯГ). В больших галактиках АЯГ являются одними из самых ярких объектов в известной Вселенной. Но в меньших галактиках АЯГ могут быть намного слабее, и их труднее отличить от новорожденных звезд. Спектры, полученные DESI, могут помочь решить эту проблему, а его широкое распространение по всему небу даст больше информации о ядрах маленьких галактик, чем когда-либо прежде. Эти ядра, в свою очередь, дадут ученым подсказки о том, как яркие АЯГ формировались в очень ранней Вселенной.

Новый квазар, обнаруженный с помощью DESI, позволяет взглянуть на Вселенную такой, какой она была почти 13 миллиардов лет назад, менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Это самый далекий квазар, обнаруженный с помощью DESI на сегодняшний день из выборки квазаров DESI с очень большим красным смещением. На заднем плане показан этот квазар и его окрестности в обзорах изображений DESI Legacy. (Источник: Цзиньи Янг, Обсерватория Стюарда/Университет Аризоны)

Квазары — особенно яркая разновидность галактик — являются одними из самых ярких и самых далеких известных объектов. «Мне нравится думать о них как о фонарных столбах, заглядывающих в прошлое, в историю Вселенной», — сказала Виктория Фосетт, аспирант астрономии Даремского университета в Великобритании. Квазары являются отличными исследователями ранней Вселенной из-за их огромной силы; Данные DESI возвращаются на 11 миллиардов лет назад.

Фосетт и ее коллеги используют данные DESI, чтобы понять эволюцию самих квазаров. Считается, что вначале квазары окружены пылевой оболочкой, которая окрашивает испускаемый ими свет в красный цвет, как солнце сквозь дымку. С возрастом они сгоняют эту пыль и становятся более голубыми. Но проверить эту теорию было трудно из-за скудости данных о красных квазарах. DESI меняет это, обнаруживая больше квазаров, чем в любом предыдущем обзоре, и, по оценкам, в окончательных данных обзора ожидается 2,4 миллиона квазаров.

«DESI действительно великолепен, потому что он улавливает гораздо более тусклые и гораздо более красные объекты», — сказал Фосетт. Это, добавляет она, позволяет ученым проверять идеи об эволюции квазаров, которые раньше просто невозможно было проверить. И это касается не только квазаров. «Мы находим довольно много экзотических систем, в том числе большие образцы редких объектов, которые мы просто не могли детально изучить раньше», — сказал Фосетт.

Для DESI это еще не все. Обзор уже каталогизировал более 7,5 миллионов галактик и добавляет больше со скоростью более миллиона в месяц. Только в ноябре 2021 года DESI составил каталог красных смещений 2,5 миллиона галактик. Ожидается, что к концу своего запуска в 2026 году в каталоге DESI будет более 35 миллионов галактик, что позволит проводить огромное разнообразие космологических и астрофизических исследований.

«Все эти данные просто есть, и они просто ждут, чтобы их проанализировали», — сказал Пуча. «И тогда мы найдем столько удивительного о галактиках. Для меня это захватывающе».

DESI поддерживается Управлением науки Министерства энергетики США и Национальным научно-вычислительным центром энергетических исследований, пользовательским учреждением Управления науки Министерства энергетики США. Дополнительную поддержку DESI оказывают Национальный научный фонд США, Совет по науке и технологиям Соединенного Королевства, Фонд Гордона и Бетти Мур, Фонд Хейзинга-Саймонса, Французская комиссия по альтернативным источникам энергии и атомной энергии (CEA), Национальный совет по науке и технологиям Мексики, Министерство экономики Испании и учреждения-члены DESI.

Коллаборация DESI удостоена чести получить разрешение на проведение научных исследований на Иолкам Дуаг (Пик Китт), горе, имеющей особое значение для народа Тохоно О’одхам.

# # #

Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли, основанная в 1931 году на основе убеждения, что самые сложные научные задачи лучше всего решаются командами, и ее ученые были удостоены 14 Нобелевских премий. Сегодня исследователи из лаборатории Беркли разрабатывают устойчивые энергетические и экологические решения, создают новые полезные материалы, расширяют границы вычислительной техники и исследуют тайны жизни, материи и Вселенной. Ученые со всего мира полагаются на оборудование лаборатории для своих собственных научных открытий. Лаборатория Беркли — это многопрофильная национальная лаборатория, управляемая Калифорнийским университетом для Управления науки Министерства энергетики США.

Управление науки Министерства энергетики США является крупнейшим сторонником фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и работает над решением некоторых из самых насущных проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите страницу Energy.gov/science.

Самая большая трехмерная карта Вселенной из когда-либо созданных — @theU

Sloan Digital Sky Survey (SDSS) опубликовала сегодня всесторонний анализ самой большой трехмерной карты Вселенной из когда-либо созданных. В основе новых результатов лежат подробные измерения более 2 миллионов галактик и квазаров, охватывающие 11 миллиардов лет космического времени.

«Мы довольно хорошо знаем как древнюю историю Вселенной, так и историю ее недавнего расширения, но в середине 11 миллиардов лет произошел неприятный пробел», — сказал космолог Кайл Доусон из Университета Юты, возглавлявший команду, объявившую сегодняшнее полученные результаты. «В течение пяти лет мы работали, чтобы заполнить этот пробел, и мы используем эту информацию, чтобы обеспечить некоторые из самых существенных достижений в космологии за последнее десятилетие».

Результаты получены в результате расширенного спектроскопического исследования барионных колебаний (eBOSS), международного сотрудничества более 100 астрофизиков, которое является одним из компонентов обзора SDSS.

Мы знаем, как выглядела Вселенная в младенчестве, благодаря тысячам ученых со всего мира, которые измерили относительное количество элементов, образовавшихся вскоре после Большого взрыва, и изучили космический микроволновый фон. Мы также знаем историю ее расширения за последние несколько миллиардов лет из карт галактик и измерений расстояний, в том числе из предыдущих фаз SDSS.

«Анализ также дал измерения того, как различные структуры во Вселенной растут с течением времени, — говорит Чжэн Чжэн, профессор физики и астрономии в Университете США. — История роста структур удивительным образом согласуется с тем, что мы узнаем из история расширения».

ФОТО ПРЕДОСТАВЛЕНО: Ананд Райчур (EPFL), Эшли Росс (Университет штата Огайо) и SDSS. ). Мы находимся в центре этой карты. Вставка для каждого участка карты с цветовой кодировкой включает изображение типичной галактики или квазара из этого участка, а также сигнал шаблона, который измеряет там команда eBOSS. Выступ, видимый на каждой панели, имеет характерный масштаб около 500 миллионов световых лет. Глядя вдаль, мы оглядываемся назад во времени. Таким образом, расположение этих сигналов показывает скорость расширения Вселенной в разные периоды космической истории.

Загрузить изображение в полном разрешении

Окончательная карта показана на прилагаемом изображении. При внимательном рассмотрении обнаруживаются нити и пустоты, определяющие структуру Вселенной, начиная с того времени, когда ей было всего около 300 000 лет. С помощью этой карты исследователи измерили закономерности в распределении галактик, что дало несколько ключевых параметров Вселенной с точностью более 1%. Сигналы этих паттернов показаны на вставках к прилагаемому изображению.

Карта представляет собой совместные усилия сотен ученых, картографирующих вселенную с помощью телескопа Фонда Слоана в течение почти 20 лет. Космическая история показала, что около 6 миллиардов лет назад расширение Вселенной начало ускоряться и с тех пор продолжает ускоряться. Это ускоренное расширение, по-видимому, связано с таинственным невидимым компонентом Вселенной, называемым «темной энергией», что согласуется с общей теорией относительности Эйнштейна, но чрезвычайно трудно согласовать с нашим нынешним пониманием физики элементарных частиц.

Объединение наблюдений eBOSS с исследованиями Вселенной в ее младенчестве выявило трещины в этой картине Вселенной. В частности, измерение текущей скорости расширения Вселенной («постоянная Хаббла») командой eBOSS было примерно на 10% ниже, чем значение, полученное из расстояний до ближайших галактик. Высокая точность данных eBOSS означает маловероятность того, что это несоответствие было случайным, а большое разнообразие данных eBOSS дало нам несколько независимых способов сделать один и тот же вывод.

«В галактике или распределении квазаров запечатлен особый узор, который служит линейкой», — сказал Чжэн. «С картами eBOSS такая линейка достигла наилучшей производительности и позволила нам измерять расстояния с беспрецедентной точностью, что позволяет наиболее четко выявить несоответствие постоянной Хаббла».

Не существует общепринятого объяснения этого несоответствия в измеренных скоростях расширения, но одна захватывающая возможность состоит в том, что ранее неизвестная форма материи или энергии из ранней Вселенной могла оставить след в нашей истории.

Всего сегодня команда eBOSS обнародовала результаты более 20 научных работ. В этих документах на более чем 500 страницах описывается проведенный командой анализ последних данных eBOSS, что свидетельствует о достижении ключевых целей опроса.

Университет штата Юта внес основной вклад в SDSS за последнее десятилетие. Массивные образцы спектроскопических данных, которые вошли в окончательный космологический результат eBOSS, были обработаны и размещены в Университете, на сервере научного архива, размещенном в Центре высокопроизводительных вычислений Университета.

«Мы внесли ряд усовершенствований в анализ данных, что привело к большей точности космологической карты. Эта командная работа стала возможной благодаря нашей передовой системе научных архивов. Окончательные продукты данных eBOSS останутся наследием, полезным для широкого круга пользователей, от молодых студентов до астрономов-любителей и профессиональных астрономов», — говорит сотрудник научного архива SDSS-IV Джоэл Браунштейн, доцент-исследователь Университета U.

В рамках eBOSS команды, отдельные группы в университетах по всему миру сосредоточены на разных аспектах анализа. Чтобы создать часть карты возрастом 6 миллиардов лет, команда использовала большие красные галактики. Дальше они использовали более молодые голубые галактики. Наконец, чтобы нанести на карту вселенную на 11 миллиардов лет назад и более, они использовали квазары, которые представляют собой яркие галактики, освещенные веществом, падающим на центральную сверхмассивную черную дыру. Каждый из этих образцов требовал тщательного анализа, чтобы удалить шум и выявить закономерности Вселенной.

«Данные SDSS позволяют получить уникальное представление об истории эволюции нашей Вселенной, — говорит Доусон. «Используя эти данные, наряду с данными космического микроволнового фона и сверхновых, мы добились самых больших успехов в любом эксперименте за последнее десятилетие по определению внутренней кривизны пространства. Мы исследовали энергетическое содержание Вселенной, законы гравитации и физику некоторых из мельчайших частиц, нейтрино, и теперь у нас есть модель для этих компонентов, которая позволяет нам оценить скорость локального расширения с точностью до 1%. ”

eBOSS и SDSS в целом оставляют загадку темной энергии и несоответствие скорости расширения локальной и ранней Вселенной в наследство будущим проектам. В следующем десятилетии будущие исследования могут решить эту загадку или, возможно, открыть больше сюрпризов.

Между тем, SDSS еще далеко не завершила свою миссию по изучению Вселенной. Гейл Засовски, пресс-секретарь SDSS следующего поколения, описала свое волнение по поводу следующих шагов.

«Мы модернизируем оборудование и инструменты, необходимые для сохранения огромного влияния SDSS в 2020-х годах.