Учёные обнаружили структуру Вселенной благодаря масштабной трёхмерной карте космоса

Новости МирТесен

Исследователи обнаружили ранее неизвестную структуру Вселенной, которая влияет на расположение всей наблюдаемой материи, а профессор из Вирджинского университета в настоящее время работает над созданием её трёхмерной модели.

Сатья Гонтчо А Гонтчо, доцент кафедры астрономии университета, является членом международной группы ученых, управляющих прибором DESI — Спектроскопическим инструментом тёмной энергии. Этот масштабный проект, находящийся под руководством Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, размещен в Национальной обсерватории Китт-Пик в штате Аризона. Основная задача заключается в проведении одного из наиболее всесторонних космологических исследований, направленных на изучение тёмной энергии, которая и остается одним из важнейших нерешенных вопросов современной физики.

Благодаря работе консорциума DESI удалось создать наиболее масштабную и подробную трёхмерную карту Вселенной, существующую на данный момент. Этот масштабный проект даёт возможность астрономам выйти за рамки привычного двухмерного изучения небесных тел.

Гонтчо А Гонтчо разъяснила методологическую основу проекта: добавление третьего измерения, а именно высокоточного измерения расстояния, позволяющего определить местоположение галактик, к снимку неба, позволяет создать трёхмерную карту. Она демонстрирует расположение галактик относительно друг друга, рассматривая Землю как нашу отправную точку.

Профессор обратила внимание на важный момент: галактики не распределены случайным образом в космической пустоте, а выстраиваются в сложную и специфическую структуру – своего рода невидимые леса, сформированные субструктурой тёмной материи. Именно на ней они удерживаются и объединяются в течение огромных промежутков времени космической эволюции.

Разместив эти светящиеся объекты в единой трехмерной структуре, астрономы способны опосредованно визуализировать крупномасштабную гравитационную структуру — космическую паутину, которая является основой Вселенной.

Для получения подобных значимых данных, специалисты непрерывно работают с телескопом, расположенным в обсерватории Китт-Пик. По словам Гонтчо А Гонтчо, это сопряжено со сложной организацией и необходимостью постоянной согласованности действий.

Она охарактеризовала эту работу как масштабный проект, требующий внимательного планирования: необходимо определить, какие области неба сканировать каждую ночь, чтобы итоговая карта точно отражала структуру дальнего космоса, а собранные данные были внутренне согласованы и обеспечивали научную достоверность.

Для обеспечения необходимой скорости работы и обработки огромного объема спектральных данных, поступающих из Аризоны, требуется одновременное и скоординированное участие более чем двадцати пяти специалистов. Они работают круглосуточно, обеспечивая бесперебойную работу оборудования и контролируя, чтобы роботизированные зеркала с высокой точностью наводились на выбранные цели из числа миллионов потенциальных объектов.

На стыке научных исследований профессор Гонтчо А Гонтчо организовала в Вирджинском университете команду, в которую вошли постдоки, аспиранты и студенты. Они оказывают содействие в детальном анализе данных DESI, интерпретируя световые сигналы, содержащие информацию о расширении Вселенной.

Этот спектроскопический обзор предоставляет учёным возможность исследовать изначальную космическую структуру, которая сохранилась в пространстве-времени и отражает различные этапы развития Вселенной — от первых, наиболее плотных периодов до её нынешнего состояния.

Гонтчо А Гонтчо отметила, что обширный массив данных о положении объектов позволяет отслеживать эволюцию и деформацию этой структурной организации в течение миллиардов лет, предоставляя своего рода палеонтологические доказательства воздействия фундаментальных сил, формирующих крупномасштабную структуру Вселенной.

Согласно имеющимся оценкам, около двадцати пяти процентов общей массы Вселенной приходится на тёмную материю — субстанцию, природа которой пока не известна, но выполняющую роль гравитационной силы, сдерживающей разлет галактик, объединенных в скопления. Около семидесяти процентов космоса, скорее всего, составляют тёмная энергия — ещё более таинственная сущность, оказывающая отрицательное давление, приводящее к расширению галактик и ускорению расширения пространства-времени.

Для описания противоречивой природы этих противоборствующих сил Гонтчо А Гонтчо использовала биологическую аналогию, сравнив тёмную энергию с космическим гормоном роста. Она отметила, что тёмная энергия стимулирует ускоренное расширение Вселенной, и это описание отражает современное понимание этого явления.

Профессор настаивала на том, что, несмотря на достигнутую точность измерений, природа этого необычного компонента остаётся загадкой. Хотя науке известно, что он ускоряет разрыв материальных структур, его фундаментальные характеристики не установлены. Он избегает прямого обнаружения, поскольку вызывает удаление объектов друг от друга, не испуская при этом ни света, ни каких-либо электромагнитных волн, и, соответственно, остаётся невидимым для телескопов. О нём известно лишь по измеримым последствиям и наблюдаемому воздействию на окружающие объекты, а также на геометрию расширяющейся Вселенной.

Проект DESI, первоначально предполагавшийся как исследование, занимающее пять лет, был впоследствии расширен до восьми лет, что позволило получить спектры миллионов удалённых галактик, очень ярких квазаров и звёзд, расположенных неподалёку от нас в нашей галактике.

Трехмерная визуализация этой огромной базы данных демонстрирует взаимное расположение галактик и позволяет увидеть структуру, которую Гонтчо А Гонтчо сравнила с работами импрессионистов. Размещение всех этих светящихся точек в трёхмерном пространстве позволяет исследователю увидеть узнаваемые очертания структур тёмной материи, которые поддерживают их.

Главный итог, который можно сделать, анализируя эту визуализацию, заключается в том, что рассматриваемая структура не является случайной, а демонстрирует чёткий и повторяющийся рисунок — некую космическую сигнатуру, которую можно последовательно распознавать и прослеживать на протяжении космического времени, начиная с ранней Вселенной и до нынешней эпохи.