Через двадцать пять лет после открытия факта ускоренного расширения Вселенной эта проблема остаётся одной из главных в астрофизике. По-прежнему неизвестно, что вызывает этот процесс, какие параметры им управляют и как изучить его свойства.
Ускоренное расширение Вселенной может быть объяснено наличием неизвестной формы энергии, равномерно распределённой по пространству и называемой «тёмной энергией».
С 1 июля 2023 года миссия Европейского космического агентства «Евклид» будет изучать темную Вселенную и причины ускорения космического расширения.
К маю 2027 года к космическому телескопу «Евклид» присоединится «Нэнси Грейс Роман», разработанная НАСА. Новая обсерватория будет исследовать галактики за пределами света и разгадывать тайны природы самого света. С помощью различных, но взаимодополняющих методов работы эти два телескопа позволят измерять ускоренное расширение вселенной с большей точностью, чем раньше.
В поисках темной энергии: почему
В 1927 году бельгийский астроном Жорж Лемэтр обнаружил расширение Вселенной с момента её рождения. Эдвин Хаббл подтвердил этот факт в 1929 году наблюдениями. Однако ученые предполагали, что гравитация материи во Вселенной замедлит это расширение постепенно.
В 1990-х годах, изучая определенный тип сверхновых, ученые обнаружили, что около шести миллиардов лет назад что-то (вероятно, темная энергия?) начало оказывать всё большую силу на Вселенную, но никто не знает как и почему. То, что ускорение происходит, а не замедление, говорит о том, что в нашем представлении космоса есть фундаментальный пробел.
Ученые пока не могут точно сказать, связано ли ускоренное расширение Вселенной с новым типом энергии или же это указывает на необходимость пересмотра представлений о гравитации.
Роман и Евклид предоставят данные для одновременного тестирования теорий и надеются заполнить эти пробелы, пытаясь различными способами найти причину космического ускорения. Оба проекта предназначены для его изучения, составления трехмерных карт Вселенной с целью ответить на фундаментальные вопросы о ее истории и структуре. Вместе проекты будут мощнее по отдельности.
В поисках темной энергии: как
Роман и Эвклид изучат накопление материи с помощью метода слабой гравитационной линзы. Гравитационное линзирование происходит из-за того, что любая масса деформирует ткань пространства-времени; чем больше масса, тем сильнее кривизна. Даже изображения от удаленных источников искажаются при прохождении к нам настолько, что могут выглядеть полностью искаженными или образовывать несколько изображений.
С другой стороны, менее плотные скопления вещества, например, скопления темной материи, могут создавать эффекты, которые гораздо более изящны и обнаружить их труднее. Изучая эти мелкие искажения, фактически слабое линзирование, Роман и Эвклид составят трехмерную карту темной материи.
Создание карты расположения темной материи поможет понять космическое ускорение и источник его энергии. Гравитация темной материи препятствует расширению Вселенной.
Кроме этого, две миссии будут исследовать группировку галактик на протяжении космических эпох. Ученые обнаружили закономерность в расположении галактик: вероятность найти другую галактику в пределах 500 миллионов световых лет от текущей для любой галактики вдвое выше. Со временем это расстояние увеличивается из-за расширения пространства. Изучение расстояний между галактиками в разных точках Вселенной позволит проследить историю её расширения.
В поисках темной энергии: где
Эвклид изучит участок неба площадью приблизительно 15 тысяч квадратных градусов, что составляет треть всего небесного свода. Для наблюдения Эвклид будет использовать инфракрасный и оптический диапазоны света, но с меньшим разрешением, чем Роман. Устройство позволит увидеть объекты, существующие 10 миллиардов лет назад, когда Вселенной было около 13 миллиардов лет.
Роман сможет изучить Вселенную с большей глубиной и точностью, но на меньшей площади – около 2000 квадратных градусов, что составляет одну двадцатую часть неба. Его инфракрасное зрение позволит увидеть Вселенную в возрасте всего 2 миллиарда лет и обнаружить больше тусклых галактик.