Ученые представили новую карту распределения материи во Вселенной
Международная группа исследователей во главе с Рейчел Мандельбаум из Университета Карнеги-Меллона смогла создать самую детальную и обширную карту трехмерного распределения материи во Вселенной, а также, при помощи данных Hyper Suprime-Cam (HSC), значительно увеличила диапазон знаний человечества о темной энергии. Исследование было отправлено на публикацию Астрономического общества Японии.
Современная Вселенная представляет собой совокупность разнообразных локаций. Так как Вселенная расширилась за последние 14 миллиардов лет, галактики и темная материя под действием силы тяжести постоянно объединяются, создавая еще более разрозненный пейзаж с более плотными сгустками материи и огромными пустотами.
Сила тяжести, которая стягивает вещество вместе, также влияет и на то, как мы можем наблюдать астрономические объекты. Когда свет распространяется от далеких галактик к Земле, гравитационное притяжение другого вещества на своем пути, в том числе темного вещества, изгибает свет. В результате изображения галактик, которые нам показывают телескопы, слегка искажены — явление называется слабым гравитационным линзированием. Внутри этих искажений присутствует большой объем информации, кладезь знаний для ученых, которые стремятся лучше понять распределение материи во Вселенной и найти определение природы темной энергии.
Карта HSC, созданная по данным с японского телескопа «Субару», расположенным на Гавайях, позволила исследователям измерить гравитационное искажение в изображениях около 10 миллионов галактик.
Телескоп «Субару» позволил ученым снова увидеть галактики во времени гораздо лучше, чем в предыдущих наблюдениях. Например, наблюдательная миссия «Съемка темной энергии» позволила проанализировать гораздо большую площадь неба с аналогичным уровнем точности, чем HSC, но она охватила только близлежащую Вселенную. Не смотря на то, что HSC имеет более узкий диапазон, его обзор более детален, что позволило исследователям видеть более слабые галактики и сделать более четкую карту распределения темной материи.
Исследовательская группа сравнила свою карту с колебаниями, представленными спутниковыми наблюдениями космического агентства «Планк» с самых ранних дней Вселенной. Измерения HSC были несколько хуже, но все же статистически соответствовали наблюдения «Планк». Тот факт, что HSC и другие слабые исследования линзирования находят дают более низкие результаты, чем «Планк» поднимает в научной среде мучительный вопрос о том, действительно ли тёмная энергия ведет себя как космологическая константа Эйнштейна.
«Наша карта дает нам более полное представление о том, сколько темной энергии существует, и рассказывает нам немного больше о ее свойствах и о том, как это ускоряет расширение Вселенной», — сказал Мандельбаум. «HSC — отличное дополнение к другим наблюдениям. Объединение данных по проектам станет мощным инструментом и позволит нам намного больше раскрыть природу темной материи и темной энергии».
Измерение искажений, вызванных слабым гравитационным линзированием — очень не простая задача. Эффект довольно мал, а искажения в галактических формах также могут быть вызваны атмосферой, телескопом и детектором. Чтобы получить точные результаты, исследователи должны знать, что они измеряют только эффекты от слабого линзирования.
Мандельбаум, адъюнкт-профессор физики и член Центра космологии McWilliams в Карнеги-Меллоне, является экспертом по контролю за этими внешними искажениями. Она и ее команда создали детальное имитационное моделирование данных обследования HSC на основе изображений с космического телескопа «Хаббл». С помощью этих моделей они смогли применить поправки к формам галактики, чтобы удалить искажения формы, вызванные эффектами, отличными от линзирования.
Представленный результат, это итог работы с начала работы миссии. Если исследование HSC соберет данные за пять лет, это даст еще больше информации о поведении темной энергии, а также предоставит новые данные об эволюции галактик и массивных скоплениях галактик в космическом пространстве, позволит изучить такие объекты, как сверхновые, более детально изучить нашу собственную галактику Млечный Путь.
