Установленный на 4-метровом телескопе Nicholas U. Mayall в Национальной обсерватории Китт-Пик Национального фонда США в Аризоне, находится научный прибор, занимающийся одним из самых важных исследований, когда-либо проводившихся. Это DESI, что расшифровывается как Dark Energy Spectroscopic Instrument, и он проводит пятилетнее исследование, чтобы создать самую большую 3D-карту Вселенной из когда-либо полученных.
DESI — результат международного научного сотрудничества более чем 900 исследователей из более чем 70 институтов по всему миру — находится под управлением Национальной лаборатории имени Лоренса Беркли (LBNL) Министерства энергетики США. С момента начала исследования неба в 2021 году прибор наблюдал 5 000 галактик каждые 20 минут, что в общей сложности составляет более 100 000 галактик за ночь.
Сейчас астрономы проводят первичный анализ данных, полученных за первый год наблюдения. Используя спектры близких галактик и далеких квазаров, исследователи смогли измерить историю расширения Вселенной с максимальной точностью, превышающей один процент.
Полученные результаты подтверждают основы стандартной космологической модели Вселенной и дают беспрецедентное представление о природе темной энергии и ее влиянии на крупномасштабную структуру Вселенной.
Составление карты Вселенной, галактика за галактикой
Чтобы составить карту космоса, DESI собирает свет от миллионов галактик на более чем трети всего неба. Разложив свет от каждой галактики по цветовому спектру, DESI может определить, насколько свет был смещен в результате расширения Вселенной за миллиарды лет, которые он прошел, прежде чем попасть на Землю. Как правило, чем больше красное смещение, тем дальше галактика.
Оснащенный 5000 крошечных роботов-«глазков», DESI способен выполнять эти измерения с беспрецедентной скоростью. Только за первый год работы DESI превзошел все предыдущие исследования такого типа по количеству и качеству.
Невероятно глубокие и точные данные, полученные DESI за первый год, позволили астрономам измерить скорость расширения Вселенной до 11 миллиардов лет назад, когда возраст космоса составлял лишь четверть от его нынешнего возраста, используя особенность крупномасштабной структуры Вселенной — барионные акустические колебания (BAO).
Изучение космической истории с помощью BAO
BAO — это остаточный отпечаток волн давления, которые пронизывали раннюю Вселенную, когда она была не более чем горячим плотным супом из субатомных частиц. По мере расширения и остывания Вселенной волны застыли, заморозив рябь и породив семена будущих галактик в самых плотных областях.
Эту закономерность можно увидеть на подробной карте DESI, на которой видны нити галактик, сгруппированных вместе и разделенных промежутками, где объектов меньше.
На определенном расстоянии BAO становятся слишком тусклыми, чтобы их можно было обнаружить с помощью обычных галактик. Поэтому астрономы смотрят на то, что подсвечивается чрезвычайно далекими и яркими известными галактическими ядрами — квазарами. Когда свет от квазаров проходит через космос, он поглощается межгалактическими облаками газа, что позволяет астрономам составить карту очагов плотной материи. Для реализации этой методики исследователи использовали 450 000 квазаров — самый большой набор, когда-либо собранный для подобного рода исследований.
Благодаря уникальной способности DESI составлять карты миллионов близлежащих галактик и далеких квазаров астрономы могут измерить распространение ряби в разные периоды космической истории, чтобы увидеть, как темная энергия меняла масштаб в процессе расширения.
Детализация космической истории
Хотя история расширения Вселенной может быть более сложной, чем представлялось ранее, подтверждения этому придется ждать до завершения проекта DESI. К концу пятилетнего исследования DESI планирует нанести на карту более 3 миллионов квазаров и 37 миллионов галактик. По мере получения новых данных астрономы будут совершенствовать свои результаты.
«Этот проект решает некоторые из самых больших вопросов в астрономии, например, о природе загадочной темной энергии, которая управляет расширением Вселенной«, — говорит Крис Дэвис, директор программы NOIRLab в NSF.
И хотя DESI продолжает удивлять своей производительностью, ученые уже знают, что его данные будут работать в гармонии с будущими исследованиями неба, проводимыми Обсерваторией Веры К. Рубин и Космической обсерваторией Нэнси Грейс Роман. В настоящее время коллаборация DESI изучает возможности модернизации прибора и планирует расширить его космологические исследования на втором этапе, DESI-II.