Содержание
«Карта Вселенной»
Астрофизик Приямвада Натарджан создает схемы распределения темной материи в космосе. В своей книге «Карта Вселенной. Главные идеи, которые объясняют устройство космоса» она рассказывает об открытиях, позволивших в ХХ веке понять устройство Вселенной, о стоящей за ними науке и путях признания радикальных научных теорий (книга выходит в русском переводе Арсена Хачояна и Инны Черкашиной в издательстве «Альпина нон-фикшн» в текущем году). N + 1 публикует отрывок, в котором Натарджан исследует историю термина «черная дыра» и объясняет, как наука задолго до фактического обнаружения черных дыр предсказала их существование.
Черная Сердцевина
Черные дыры становятся реальностью
Черные дыры, представляющие собой наиболее массивные и компактные из всех известных астрономии объектов, дают обильную пищу для человеческой фантазии. В качестве примера мне хочется отметить серию японских рисунков манга Inuyasha, созданную художником Румико Такахаси: их герой по имени Мироку несет на руке полученный от предка знак проклятия, под воздействием которого все, к чему он прикасается, мгновенно и безжалостно затягивается в некий туннель пустоты.
С течением времени эта черная дыра растет, угрожая затянуть и уничтожить самого Мироку. Такой зловещий образ таинственного объекта, поглощающего и уничтожающего все на своем пути, уже давно стал общепринятым литературным тропом и применяется практически ко всему. В 2008 г. все американские газеты после финансового краха писали о «черной дыре» на Уолл-стрит, а газета The New York Times практически постоянно использует этот образ при описании самых разных событий и ситуаций — от действий террористов и докладов разведки о ситуации в Северной Корее до состояния финансов при Митте Ромни. Во всех случаях понятие «черная дыра» подразумевает полное отсутствие информации о каких-либо объектах или обстоятельствах.
Как было показано выше, признание некоторых научных идей гелиоцентрической модели Солнечной системы или теории расширяющейся Вселенной протекало, как говорят физики, нелинейно. Такая же судьба ожидала концепцию черных дыр, которая из экзотического математического понятия превратилась в общепринятую научную теорию и затем в популярный объект современной культуры.
Стоит отметить, что первоначально термин «черная дыра» был создан вовсе не для описания особых свойств астрономических объектов, а ведет происхождение из истории одной тюрьмы. 20 июня 1756 г. наваб (правитель Бенгалии) Сирадж уд-Даула захватил Калькутту, которую до этого удерживали войска английской Ост-Индской компании под командованием Джона Холвелла (провозгласившего себя губернатором Бенгалии). Наваб отправил Холвелла и других европейцев в одиночную камеру тюрьмы, построенную самой компанией. Эта была совсем маленькая камера (6 м на 4 м и двумя крошечными окнами), известная в народе как «Черная дыра». Наваб держал в ней без воды и в ужасной духоте 146 заключенных, из которых выжили только 23 человека, после чего камера получила печальную известность. Несмотря на то что ученые, такие как Дж. Г. Литтл, подвергали сомнению точность этих сведений, название тюрьмы — «Черная дыра» — сохранилось, и можно предположить, что оно осталось в подсознании и языке мрачной метафорой безжалостного уничтожения.
Например, когда 25 мая 1887 г. ужасный пожар стер с лица земли здание театра Опера-Комик в Париже, корреспондент The New York Times кратко описал пожарище словами «громадная черная дыра».
Задолго до использования в физике термин «черная дыра» стал в литературе устоявшимся символом мрачной темницы. В 1844 г. Эдгар По опубликовал в Philadelphia Dollar Newspaper ставший затем знаменитым рассказ в жанре хоррор «Погребенные заживо», описывающий страдания погребенных заживо людей. Во введении к рассказу вновь упоминается описанная выше трагедия в тюрьме Калькутты (По называет ее «Черной ямой Калькутты»). Даже в наши дни известный своим богатым воображением Томас Пинчон неоднократно упоминает «Черную яму Калькутты» в популярной музыкальной драме «Мейсон и Диксон» (Mason and Dixon) в качестве символа ужаса.
Удивительно, но некоторые из этих литературных примеров очень удачно описали природу еще не открытых в то время астрофизических объектов. В современной астрономии так стали обозначать объекты, откуда вещество не может вырваться.
Пытаясь проследить истоки этого понятия и термина, историк науки Марция Бартусяк отмечает, что его предлагал и часто использовал знаменитый физик Джон Арчибальд Уиллер. По-видимому, впервые он использовал его в 1964 г. на съезде Американской ассоциации содействия развитию науки, после чего термин прижился в физике (и вообще в современной культуре), хотя сам Уиллер никогда не претендовал на авторство.
Сейчас нам известно, что черные дыры располагаются в центрах большинства (если не всех) известных галактик, включая нашу собственную Галактику Млечный Путь, в центре которой обнаружена гигантская черная дыра, масса которой превышает массу нашего Солнца примерно в 4 млн раз. В далеком космосе светящийся падающий газ затягивается внутрь активных, растущих черных дыр под воздействием мощнейшего гравитационного притяжения и постепенно превращается в видимые нам квазары, которые представляют собой самые яркие «маяки» ранней Вселенной. Квазары становятся видимыми, когда возраст Вселенной достигает примерно 1% от времени ее существования.
На основе достаточно подробного изучения соседних галактик мы уже знаем, что в их центрах часто скрываются чудовищные по размеру черные дыры, которые обнаруживают себя лишь гравитационным воздействием на звезды и внутренние области окружающих их галактик. К счастью, наша Солнечная система располагается настолько далеко от черной дыры в центре Млечного Пути, что мы можем пренебречь этим воздействием.
В настоящее время астрономы уверены, что черные дыры (несмотря на их необыкновенные свойства) возникают в результате обычных физических процессов, протекающих в ходе эволюции звезд. Теория звездной эволюции предполагает, что топливом для звезд с массой, в 15–20 раз превышающей массу нашего Солнца, служит водород. После выгорания водорода эти звезды заканчивают свою жизнь как черные дыры. Черные дыры могут иметь экзотические свойства, но они — важная составляющая Вселенной, играющая значительную роль в формировании и эволюции галактик.
Давайте теперь рассмотрим черные дыры начиная с того момента, когда этот термин перестал быть объектом воображения и превратился в объект, который можно обнаружить и описать.
История термина связана с «башней из слоновой кости» (в американском английском используется для обозначения академических кругов. — Прим. науч. ред.) — Кембриджским университетом в Англии XVIII в. Кембридж и Оксфорд были тесно связаны с англиканской церковью, и большинство студентов были выходцами из мелкопоместного дворянства и духовного сословия. По окончании университета все они подписывали официальный документ «символа веры» государственной англиканской церкви, состоящего из 39 статей (так называемые «39 статей англиканского вероисповедания», Thirty-Nine Articles of Anglican Faith), поэтому неудивительно, что многие из выпускников в дальнейшем связывали свою судьбу с церковью. Один из блестящих выпускников Оксфорда сумел представить и описать совершенно необычные небесные тела, а именно настолько массивные звезды, что их свет просто не может покинуть породившее его светило.
Когда в 1783 г. английский сельский священник Джон Мичелл первым предложил идею существования каких-то темных звезд, он, разумеется, даже не мог себе представить, что когда-нибудь мы сможем их наблюдать и регистрировать.
Сам Мичелл был полиматом (этим словом тогда обозначали талантливых ученых, занимавшихся сразу несколькими областями науки). Он родился в 1724 г. и учился в Кембридже, где впоследствии преподавал языки (древнееврейский и греческий), а также математику и геологию. Портреты Мичелла не сохранились, но современники описывали его как «низенького, смуглого и толстого человека». Он принял духовный сан и получил приход в местечке Торнхилл вблизи города Лидса. Несмотря на свои религиозные обязанности, Мичелл активно занимался разнообразными и самыми передовыми научными исследованиями, а также встречался и регулярно переписывался со многими ведущими учеными своего времени (например, с Бенджамином Франклином и Генри Кавендишем) и регулярно обсуждал с ними разно образные проблемы. Им было что обсудить. Научная деятельность Мичелла охватывала проблемы земного магнетизма, теории распространения волн от землетрясения по поверхности Земли и т.д. Именно за работы по сейсмологии в 1760 г. Мичелл был избран членом Королевского общества, однако, несмотря на все свои достижения в области натуральной философии, он прославился гораздо меньше многих своих современников, возможно вследствие неумения пропагандировать и распространять научные идеи.
Следуя постулатам Ньютона, Мичелл рассматривал свет в качестве потока крошечных частиц (корпускул) и поэтому полагал, что массивные звезды должны оказывать на эти частицы такое же гравитационное воздействие, как и на другие оказавшиеся вблизи астрономические объекты (например, кометы). Поскольку гравитационное воздействие прямо пропорционально массе звезды, Мичелл далее предположил, что могут существовать исключительно массивные звезды, способные полностью останавливать свет. В письме к Генри Кавендишу, датированном 27 ноября 1783 г., он верно догадался, что такие «темные звезды» должны обнаруживаться лишь по гравитационному воздействию, которое они могут оказывать на окружающие их тела. Эту идею (фактически, определение черных дыр в рамках ньютоновской механики своего времени) Мичелл опубликовал в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Он не был одинок в этих теоретических построениях. Всего через 13 лет похожую концепцию предложил в своей книге «Изложение системы мира» (Exposition du système du monde) французский математик Пьер-Симон Лаплас, который пришел к выводу: «…возможно, что по этой причине остаются невидимыми для нас самые большие светящиеся тела во Вселенной».
Впрочем, когда позднее корпускулярная теория света Ньютона потеряла свою популярность (вследствие чего была забыта и идея о «темных звездах»), Лаплас полностью выбросил все упоминания об этой гипотезе из более поздних изданий своей книги.
Прошло еще 150 лет, и представление об этих астрономических объектах воскресло в рамках ОТО Эйнштейна . Эта теория выросла из более простой идеи. Еще в 1905 г. Эйнштейн опубликовал специальную теорию относительности (СТО), в которой постулировал, что ни один объект не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света. Существование предельной скорости имело для науки очень глубокие последствия. Прежде всего, была установлена невозможность передачи вещества или информации со скоростью больше максимально возможной. Из этой теории возникла и знаменитая формула эквивалентности энергии и массы, выражаемая ставшей общеизвестной формулой E = mc2. Однако в 1915 г. Эйнштейн предложил общую теорию относительности, глубоко изменившую наши представления о массе, гравитации и пространстве, что и позволило возродиться идее о черных дырах.
Математика ОТО позволяет по-новому визуализировать окружающую нас реальность. Как описывалось в предыдущей главе, новая теория привела к возникновению новой модели Вселенной, ставшей первым крупным пересмотром картины мира со времен Ньютона. При этом, однако, к глубокому разочарованию самого Эйнштейна, эта теория допускала существование черных дыр.
Рискуя навлечь на себя обвинения в искажении светлого образа Эйнштейна, мы должны отметить, что он выступал против концепции расширяющейся Вселенной и ненавидел идею черных дыр. Это может быть объяснено, кстати, следующим обстоятельством: восхищение физиков работами Эйнштейна связано, хотя бы частично, с тем фактом, что ему удалось построить великую ОТО буквально из ничего (ex nihilo), то есть без объяснения каких-то наблюдаемых явлений. Это безупречно настолько, насколько может быть безупречна физическая теория. Поэтому ОТО вызывала особое уважение в качестве примера демонстрации могущества умозрительных рассуждений, позволяющих достичь чисто математического описания природы.
Его теория предполагала глубокое понимание природы гравитации — таинственной силы, удерживающей в единстве не только Солнечную систему, но и Вселенную в целом. В течение всей своей научной деятельности Эйнштейн руководствовался стремлением постичь единство и простоту устройства мира. Именно эти философские убеждения иногда мешали ему воспринимать и признавать необычные результаты, даже если они вытекали из его собственных работ и теорий. Так было и в случае черных дыр.
Теория Эйнштейна была не только математически элегантной и независящей от наблюдений, но сделала несколько важных научных проверяемых предсказаний. При этом теория значительно обгоняла существующие потребности и возможности ее проверки или применения. В некотором смысле можно сказать, что в начале прошлого века ОТО представляла собой «стерильно чистую» область физики, далекую от мейнстрима научных изысканий эпохи. Она имела важное значение для астрономии, но и в астрономии не была связана с реально существующими физическими объектами, по крайней мере в самом начале прошлого века.
ОТО стала использоваться для описания Вселенной (как единого целого) уже в первые десятилетия после своего создания. Поскольку предсказываемые теорией наблюдаемые эффекты были очень слабыми для астрономических объектов с небольшой массой, теория оставалась незадействованной в наблюдениях вплоть до обнаружения в космосе новых экзотических объектов (типа нейтронных звезд, пульсаров и квазаров), при описании которых и проявились ее богатые возможности. Таким образом, когда в начале 1960-х гг. астрономы обнаружили в космосе эти сверхтяжелые объекты, теория Эйнштейна уже была достаточно развита и разработана для их описания.
Сегодня наиболее убедительные доказательства существования черных дыр получены для спиральной галактики NGC4258, внутри которой располагается черная дыра, массивнее Солнца примерно в 40 млн раз. Чтобы почувствовать масштаб, представьте, что при картографировании внутренних областей этой галактики в радиодиапазоне астрономы обнаружили диск, который, по-видимому, является резервуаром газа, закручивающимся в черную дыру, настолько широким, что свету потребовался год, чтобы пересечь его (если газ не будет захвачен черной дырой).
Именно эти объекты управляют движением звезд внутри галактик. Сейчас предполагается, что в центре самых ярких галактик также располагаются сверхмассивные черные дыры с массой, превышающей массу Солнца в миллиарды раз.
Полностью читайте:
Натараджан П.
Карта Вселенной. Главные идеи, которые объясняют устройство космоса / Приямвада Натараджан ; Пер. с англ. [Арсена Хачояна и Инны Черкашиной, под научной редакцией Олега Верходанова] — М.: Альпина нон-фикшн, 2019. — 318 с.
Эйнштейн ошибся? Карта темной материи приоткрывает новые тайны Вселенной
Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.
Автор фото, N Jeffrey/Dark Energy Collaboration
Подпись к фото,
Вот так выглядит новая карта темной материи. Яркие вспышки — это места, где темная материя достигает наибольшей концентрации
Международная команда исследователей создала самую большую и подробную на сегодняшний день карту распределения во Вселенной так называемой темной материи.
Результат их работы оказался неожиданным, поскольку выяснилось, что она распределена в космосе равномернее, чем предсказывала теория.
Наблюдения не совпадают с теорией относительности Эйнштейна, что создает головоломку для ученых.
Карта опубликована сообществом исследователей темной материи Dark Energy Survey Collaboration, объединяющим более 400 физиков и астрономов из 25 научных организаций в семи странах.
Темная материя — разновидность материи, недоступная прямому наблюдению: она не взаимодействует с электромагнитными волнами, а следовательно, ее нельзя обнаружить при помощи существующих приборов. Принято считать, что на нее приходится около 27% всей массы видимой Вселенной — то есть её в пять с лишним раз больше, чем привычного нам вещества.
Астрономы установили, что она существует, благодаря тому, что темная материя искажает свет, исходящий от далеких звезд. Чем сильнее искажение, тем выше ее концентрация.
Автор фото, Reider Hahn/Fermilab
Подпись к фото,
Для создания карты телескопом в Чили было исследовано 100 миллионов галактик
Доктор Нейл Джеффри из парижского университета École Normale Supérieure, собравший данные воедино, говорит, что результат создает серьезную проблему для физиков.
«Если он верен, значит, Эйнштейн, возможно, ошибся, — заявил он Би-би-си. — Вы можете сказать, что это очень плохо, что вся физика опрокинута. Но для физика это потрясающая новость. Она означает, что мы можем узнать что-то новое о том, как действительно устроена Вселенная».
Профессор Карлос Френк из Даремского университета, один из ученых, создавших современную космологию на основе теории относительности, говорит, что испытывает смешанные чувства.
«Я отдал всю жизнь этой работе, и мое сердце не желает, чтобы все сделанное развалилось. А разум говорит, что наблюдения точны, и нам надо считаться с возможностью возникновения новой физики», — заявил он.
«Тогда у меня начинает сосать под ложечкой, потому что мы пока не имеем теории, которая направляла бы наши исследования. Я нервничаю и боюсь, потому что мы вступаем в совершенно новую область, и неизвестно, что там обнаружим».
Автор фото, Dark Energy Survey Consortium
Подпись к фото,
Овал — это все небо, а пурпурный — это область, которая до сих пор исследовалась на предмет темной материи. Яркая арка образована из самых ярких звезд на ночном небе
При помощи телескопа имени Виктора Бланко в Чили команда ученых проанализировала свет, исходящий от 100 млн галактик.
На карте видно, как распределена во Вселенной темная материя. Черные пятна — это огромные области абсолютной пустоты и небытия, называемые «войдами», где могут действовать другие физические законы.
Светлые пятна — места концентрации темной материи. Ученые именуют их «гало». Внутри их существует знакомая нам реальность, в том числе галактики, такие как наш Млечный Путь, сверкающие, как крошечные драгоценные камни на черном фоне космоса.
По словам доктора Джеффри, который преподает также в Университетском колледже Лондона, карта ясно показывает, что галактики являются частью более крупной структуры, невидимой глазу.
Автор фото, REIDAR HAHN
Подпись к фото,
Ученые говорят, что новая карта приведет к большим изменениям в наших знаниях о космосе
Пропустить Подкаст и продолжить чтение.
Подкаст
Что это было?
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
эпизоды
Конец истории Подкаст
«Никто до нас не устанавливал распределение темной материи с такой степенью точности. Астрономы получали картины небольших полосок, а мы открыли огромные новые слои, что позволяет понять структуру в большей полноте. В первый раз мы увидели другую Вселенную», — говорит он.
Но карта показала совсем не то, что ожидали увидеть ученые.
До сих пор их представления о том, как возникла и распространилась во Вселенной темная материя через 350 тыс. лет после Большого Взрыва, основывались на данных, полученных орбитальной обсерваторией «Планк» Европейского космического агентства.
Обсерватория замеряла сохранившееся с тех пор реликтовое излучение, космический микроволновый фон, который поэтично зовут «закатной зарей Творения».
Основываясь на идеях Эйнштейна, астрономы, такие как профессор Френк, создали математическую модель распространения темной материи в следующие 13,8 млрд лет. Однако новая карта показывает, что она распространилась равномернее, чем говорили расчеты.
Профессор Френк говорит, что грядут большие перемены в нашем понимании космоса.
- Ученые нашли галактику без темной материи
- Темной энергии не существует? Новые свидетельства, опровергающие принятую модель устройства Вселенной
- В паутину гигантской черной дыры попали целые галактики. Ученые разглядели это в гигантский телескоп
«Мы, возможно, открыли что-то фундаментальное о той ткани, из которой построена Вселенная. Современная теория мироздания держится на нескольких колоннах, возведенных на песке. Одна из них рушится у нас на глазах», — говорит он.
Другие, как профессор Офер Лахав из Университетского колледжа Лондон, держатся более консервативных взглядов.
«Совершенна ли теория Эйнштейна — большой вопрос, — рассуждает профессор Лахав. — До сих пор она проходила все экспериментальные проверки, но с небольшими отклонениями то там, то здесь. Возможно, галактической астрофизике иногда нужна встряска. Бывало, что проблемы оказывались несуществующими, бывало, наше понимание вещей менялось. Будет любопытно увидеть, приведет ли возникшая теперь напряженность в космологии к такому сдвигу».
«Много красоты в нем»
Технологии и науки
Автор
Эд Браун
Технологии и наука
Наука
Физика
астрономия
Астрофизика
Физики создали то, что было названо самой большой и самой подробной картой Вселенной за всю историю, и она еще даже не близка к завершению.
Карта Вселенной была создана Спектроскопическим прибором темной энергии (DESI), управляемым лабораторией Беркли Министерства энергетики США в Калифорнийском университете.
DESI работает, вглядываясь в космос для измерения радиации, испускаемой удаленными объектами. Он содержит тысячи волоконно-оптических кабелей, каждый из которых расположен так, что может собирать свет от отдельных галактик.
🔭 Спектроскопический прибор DarkEnergy (DESI) создал самую большую 3D-карту космоса 🪐☄️💫✨
⬇️https://t.co/QPHrhYxv5o @desisurvey pic.twitter.com/dimPVO5cvl— Berkeley Lab ) 14 января 2022 г.
Эти волокна простираются до 30 детекторов, которые затем принимают прошедший к ним свет и преобразуют его в данные, которые могут наблюдать ученые.
В частности, ученые хотят увидеть, насколько сильно свет от этих галактик подвергся красному смещению — растянулся так, что стал казаться красным — в результате расширения Вселенной за миллиарды лет, которые потребовались для того, чтобы свет достиг Земли.
Измеряя это явление, ученые могут увидеть, как далеко находятся галактики, создать трехмерную карту Вселенной и начать наносить на нее узоры, такие как скопления галактик или большие пустоты там, где их нет.
Эти закономерности подобны «эхо» ранней Вселенной, и ученые могут проследить их в прошлое, чтобы понять историю расширения пространства, говорится в пресс-релизе лаборатории Беркли.
«В ней много красоты», — сказал в пресс-релизе ученый из лаборатории Беркли Жюльен Гай, описывая трехмерную карту, созданную DESI. «В распределении галактик на 3D-карте есть огромные скопления, нити и пустоты. Это самые большие структуры во Вселенной. Но внутри них вы найдете отпечаток очень ранней Вселенной и историю его расширение с тех пор».
Ученые надеются использовать DESI и исторические данные о расширении Вселенной, чтобы лучше понять темную энергию — таинственную силу, которая все время делает Вселенную все больше и больше.
Получив лучшее представление о темной энергии, физики смогут предсказать конец Вселенной. Будет ли он расширяться вечно? Замедлится ли он и рухнет сам в себя, как обратный Большой взрыв? Будет ли он расширяться все быстрее и быстрее, пока все не разорвется на части? Это все еще неопределенно.
Карта вселенной DESI готова только на 10 процентов. Он начал свои исследования в мае 2021 года.
Тем временем другие ученые используют его данные для анализа черных дыр и выяснения, обитают ли малые в центрах малых галактик, точно так же, как известно, что большие населяют центры больших галактик. галактики.
Обзор DESI уже внес в каталог более 7,5 миллионов галактик и, как ожидается, будет зарегистрировано более 35 миллионов, когда обзор завершится в 2026 году. Пуча, аспирант астрономии Аризонского университета, работающий над DESI, сказал в пресс-релизе. «И тогда мы найдем так много удивительного о галактиках. Для меня это захватывающе».
Карту можно увидеть на веб-сайте лаборатории Беркли здесь.
Физики уже не в первый раз создают карты Вселенной. В прошлом астрономы создали рентгеновскую карту космоса, содержащую более миллиона объектов.
Иллюстрация галактики. Ученые создали часть трехмерной карты Вселенной с помощью обзора DESI.
Алекс-Мит / Гетти
Запрос на перепечатку и лицензирование, внесение исправлений или просмотр редакционных правил
Самая подробная 3D-карта Вселенной из когда-либо созданных
Внутри купола телескопа Виктора М.
Бланко, который исследовал небо Южного полушария в период с 2013 по 2019 год..Кредит: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/D. Мунизага
Исследование южного неба позволило восстановить распределение массы в пространстве и времени, что стало крупнейшим исследованием в своем роде. Данные представляют собой поразительное свидетельство того, что темная энергия, сила, которая, по-видимому, подталкивает Вселенную к ускорению ее расширения, была постоянной на протяжении всей космической истории.
Сотрудничество The Dark Energy Survey (DES) представило свои результаты на онлайн-брифинге 27 мая и в нескольких документах, размещенных в Интернете 1 .
Команда DES наблюдала за небом в период с 2013 по 2019 год с помощью 570-мегапиксельной камеры на телескопе Виктора М. Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили. Обзор охватил четверть южной части неба, и его экспозиция включала 300 миллионов галактик.
«Это невероятно мощный набор данных», — комментирует Кэтрин Хейманс, астроном из Эдинбургского университета, Великобритания.
Авторы и права: сотрудничество Н. Джеффри и Dark Energy Survey
Исследователи сгруппировали галактики по цвету, чтобы получить приблизительное представление о расстоянии каждой галактики от нашей: по мере расширения Вселенной отдаленные галактики кажутся более красными, потому что их световые волны растянулись до более длинных длин волн. Таким образом, команда смогла добавить к своей карте третье измерение.
Взгляд вдаль также соответствует взгляду в прошлое, поэтому трехмерная космическая карта представляет собой запись истории Вселенной. Отслеживая, как галактики расширяются во времени, космологи могут затем косвенно измерить действующие силы. К ним относится гравитационное притяжение темной материи, невидимого вещества, которое составляет около 80% массы Вселенной и доминирует в формировании галактик и скоплений галактик.
Искаженные галактики
Чтобы лучше выявить присутствие темной материи, команда DES проанализировала формы 100 миллионов более далеких галактик.
Поскольку гравитация искривляет пространство, космологи смогли нанести на карту большие концентрации темной материи в более близких областях Вселенной, увидев, как их гравитация сжимает изображения далеких галактик — явление, называемое слабым гравитационным линзированием. «Мы наблюдаем, что наши изображения фоновых галактик слегка искажены», — объяснила член DES Александра Амон на онлайн-брифинге.
Космическая карта раскрывает не такую уж шероховатую Вселенную
Картирование галактик и темной материи в 3D также позволяет исследователям исследовать темную энергию, силу, которая ускоряет расширение Вселенной. Природа этой таинственной силы — одна из главных открытых проблем космологии. До сих пор все данные свидетельствовали о том, что она однородна в пространстве и времени, и теперь DES обеспечивает наиболее строгую проверку этой гипотезы. В сочетании с данными других опросов его 3D-карта помогла сократить погрешность примерно до 3%, — говорит член DES Майкл Троксел из Университета Дьюка в Дареме, Северная Каролина.
Офер Лахав, ведущий член DES в Университетском колледже Лондона, говорит, что результат является «триумфом» стандартной модели космологии, которая предполагает, что темная энергия постоянна.
Это затруднит космологам поддержку альтернативных моделей, в которых темная энергия является «осязаемой средой», которая может исчезнуть в будущем.
Более гладкая, чем ожидалось
DES также обнаружил, что Вселенная немного более гладкая, чем ожидалось, что подтверждает результаты, о которых впервые сообщили в 2017 году. «Линзирование постоянно низкое по сравнению с тем, что диктует Вселенная», — сказал Амон, космолог Институт астрофизики элементарных частиц и космологии им. Кавли в Менло-Парке, Калифорния.
В дополнение к DES два других крупных проекта со слабыми линзами сообщили о похожих загадочных результатах — съемка Hyper Suprime-Cam, проведенная Национальной астрономической обсерваторией японского телескопа Субару в Мауна-Кеа, Гавайи; и обзор в килограммах на одном из телескопов Европейской южной обсерватории в Чили под руководством Хейманса.
Все три обзора обнаружили немного меньшее линзирование — и, следовательно, немного меньшую концентрацию темной материи — чем можно было бы ожидать, основываясь на преобладающей модели космологии.
Финал телескопа Большого взрыва знаменует собой конец эпохи в космологии
С учетом экспериментальных погрешностей измерения по-прежнему в целом согласуются со стандартной моделью. Хейманс говорит, что будет интересно объединить результаты трех обзоров слабого линзирования в один анализ, чтобы получить более точную меру возможного несоответствия.
От DES еще многое предстоит сделать: последние результаты были основаны на первых трех годах сбора данных из шести лет. Начиная со следующего года космология сделает большой скачок благодаря двум новым обсерваториям — обсерватории Веры Рубин в Чили и космическому телескопу Евклид Европейского космического агентства. Оба будут проводить исследования беспрецедентной глубины со слабыми линзами, и «они собираются делать эту работу на полном небе», — говорит Хейманс.