За пределами видимой для человека Вселенной около 95% ее состава состоит из невидимой темной материи и темной энергии. Они не излучают свет и не могут быть обнаружены напрямую, но незаметно влияют на эволюцию галактик и крупномасштабных структур посредством гравитации и космического расширения. Недавно международная группа, состоящая из Чикагского университета и других учреждений, использовала камеру темной энергии (DECam) для проведения статистического анализа слабых искажений форм сотен миллионов галактик и нарисовала новую карту «невидимой вселенной», охватывающую около одной трети всего неба, предоставив ключевые доказательства для проверки нынешних основных космологических моделей.
Это исследование основано на наблюдениях Dark Energy Survey (DES) с 2013 по 2019 год. Камера темной энергии последней, установленная на 4-метровом телескопе Бланко в Межамериканской обсерватории Серро Тололо в Чили, точно измерила формы более чем 150 миллионов галактик, охватывающих около 5000 квадратных градусов неба, что эквивалентно одной восьмой всего неба. Ранее эти данные играли центральную роль в тестировании стандартной космологической модели «холодной темной материи» (ΛCDM), а последние результаты дополнительно включают в анализ большое количество изображений, снятых камерой, но изначально не входящих в официальную зону обзора DES, что почти вдвое увеличивает количество галактик, которые можно использовать для исследования слабого гравитационного линзирования.
В ходе нового раунда анализа исследовательская группа измерила формы более чем 100 миллионов галактик и оценила их расстояния от Земли посредством сдвига их спектров в красную сторону, тем самым одновременно уловив распределение проекций и трехмерную информацию о глубине галактик в небе. Когда свет этих галактик путешествует через Вселенную, на своем пути он будет слегка «притягиваться» гравитацией материи и на изображениях земных телескопов выглядит как чрезвычайно тонкий сдвиг формы. Этот эффект называется «слабым гравитационным линзированием» и является ключевым инструментом для определения распределения материи во Вселенной и изучения степени сгустков темной материи и роли темной энергии.
В этой работе, названной проектом космического сдвига «ДЕКАДА», ученые использовали эти данные о форме и расстоянии, чтобы соответствовать модели ΛCDM, сосредоточив внимание на том, согласуется ли скорость роста космической структуры с течением времени с предсказаниями модели. Результаты исследования показывают, что параметры «комковости» Вселенной, полученные с использованием этого независимого набора данных, согласуются с предыдущими измерениями слабого линзирования, а также хорошо согласуются с параметрами ранней Вселенной, полученными на основе космического микроволнового фонового излучения. Никаких доказательств «очевидного напряжения между поздней и ранней Вселенной», вызывающего споры в последние несколько лет, найдено не было.
Команда также объединила измерения слабых линз DECADE с оригинальными данными DES, чтобы создать выборку для анализа линз галактик, которая на данный момент охватывает наибольшее количество галактик и самую широкую область неба, всего около 270 миллионов галактик, охватывающих около 13 000 квадратных градусов неба, что составляет около одной трети всего неба. Благодаря такой большой выборке исследователи могут принять более консервативную стратегию контроля качества в своем анализе, используя только наиболее достоверные точки данных с наименьшими систематическими ошибками, и при этом получить ограничения высокой точности, достаточные для прямого сравнения с результатами космического микроволнового фона.
Эту работу исследователи описали как «нетрадиционный обзор слабых линз», поскольку в ней использовалось большое количество исторических изображений, ранее сделанных астрономическим сообществом для других научных целей и разбросанных по архивам, а не долгосрочный специальный план наблюдений, разработанный для слабых линз с самого начала. При использовании традиционных решений большое количество фотографий, не соответствующих определенным строгим стандартам качества изображения, будет отброшено. Однако команда DECADE приняла более мягкие условия отбора, исходя из предпосылки строгой проверки систематических ошибок, доказав, что даже данные, которые не «рождены для линз», все еще могут поддерживать надежный космологический анализ, пока они проходят тщательную калибровку и оценку качества.
Сама камера темной энергии оснащена 62 ПЗС-детекторами сверхвысокой чувствительности, которые могут фотографировать глубокий космос Вселенной на беспрецедентной глубине. Это один из основных центров современных исследований слабых линз и темной энергии. В этом проекте ученые из Чикагского университета, лаборатории Фермила, Национального центра суперкомпьютерных приложений Университета Иллинойса, а также Аргоннской национальной лаборатории, Университета Висконсин-Мэдисон и других учреждений сотрудничали, чтобы сформировать совместную работу по поиску данных, ручной проверке качества изображений, методам измерения формы и космологическому статистическому анализу, превращая эти «вновь открытые» архивные наблюдения в новое космологическое оружие.
Недавно выпущенный каталог галактик различной формы был открыт для научного сообщества и быстро привлек внимание космологического и астрономического сообществ. Его использовали во многих темах, таких как изучение карликовых галактик и составление карт распределения масс Вселенной. Исследователи заявили, что, поскольку в будущем будут запущены более масштабные проекты, такие как «Обзор наследия времени и пространства» обсерватории Веры Рубин (Rubin LSST), этот опыт показывает, что правильное использование всех доступных изображений вместо просто «идеальных» образцов, как ожидается, значительно улучшит точность измерения свойств темной материи и темной энергии, предоставив более четкие подсказки для понимания этой «95% невидимой Вселенной».
Составлено из /ScitechDaily