По итогам анализа данных, полученных в течение первого года наблюдений в рамках обзора DESI, были обнародованы результаты. Эта детальная карта галактик создается с целью изучения эволюции Вселенной, в особенности, ее расширения, обусловленного гипотетической темной энергией. Первичные данные свидетельствуют о возможном снижении интенсивности темной энергии.
DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) — самый мощный на сегодня спектрометр, способный собирать данные сразу по нескольким объектам. Пять тысяч маленьких «роботов» направляют его «глаза» на заранее выбранные галактики. Так всего за 20 минут инструмент успевает проанализировать новую порцию из пяти тысяч галактик. За ночь DESI может измерить спектр 100 тысяч галактик. Площадь его обзора — треть неба.
Телескоп был запущен в 2021 году, и за пять лет его функционирования он получит данные о 37 миллионах галактик и трех миллионах квазаров. Более чем десять научных работ, размещенных на портале arXiv, ученые представили результаты анализа данных за первый год наблюдений.
Ключевой особенностью проекта DESI является проведение анализа данных в условиях полной «слепоты». Специалисты, создающие программный код для анализа, используют модифицированные данные наблюдений. Только после этого готовый код применяется к исходным, не измененным данным. Данная методика позволяет предотвратить случайное искажение результатов.
Свет, достигающий Земли от самых удаленных объектов, запечатленных на новой карте, исходил от них от восьми до одиннадцати миллиардов лет назад. Спектральные данные были собраны с беспрецедентной точностью — 0,82%. В среднем, точность измерений составила 0,5%. Таким образом, DESI позволяет измерять скорость расширения Вселенной в два раза точнее, чем предыдущие инструменты — обзор BOSS, проведенный в рамках Слоуновского обзора.
Вопрос ускорения расширения Вселенной остается одним из наиболее сложных в космологии. До недавнего времени преобладающее мнение среди ученых заключалось в том, что гравитационные силы в конечном итоге должны были привести к замедлению этого процесса. Однако, в 1998 году проведенные исследования показали, что далекие сверхновые звезды оказались менее яркими, чем предсказывалось на основе их красного смещения. В случае замедления расширения, такие объекты должны были бы светиться более интенсивно. Это открытие послужило основой для выдвижения гипотезы о темной энергии, которая оказывает отталкивающее воздействие и может быть причиной ускорения расширения Вселенной, несмотря на присутствие темной материи, обеспечивающей гравитационное притяжение».
Чтобы понять природу темной энергии, исследователи стремятся выяснить, как происходило расширение Вселенной. Для этого они изучают барионные акустические осцилляции (БАО) – неоднородности в распределении вещества, охватывающие огромные космические масштабы. Эти колебания являются отголосками эпохи, когда Вселенная представляла собой плазму. Небольшие взаимодействия порождали в ней подобные возмущения, напоминающие рябь, возникающую при бросании камней в воду, но уже в трехмерном пространстве – своего рода пузыри.
По мере охлаждения и расширения Вселенной, застывшие «пузыри» БАО также расширялись, трансформируясь из перепадов плотности плазмы в распределение материи по Вселенной, то есть в расположение галактик. Анализ данных о галактиках, получаемый с помощью DESI, позволяет ученым определять БАО в различные периоды истории Вселенной.
На данный момент ученые разделили данные, полученные с DESI, на семь этапов. Наиболее близкие к нам этапы содержат информацию о распределении обычных галактик. Поскольку свет от более удаленных галактик слабее, для анализа барионных акустических осцилляций (BAO) в ранней Вселенной исследователи использовали квазары.
Нас разделяют с удаленными квазарами многочисленные скопления вещества, которые невидимы для нас, однако они поглощают свет, излучаемый этими квазарами. Поглощается не весь свет, а лишь определенные участки спектра, соответствующие водороду. Такие заметные признаки поглощения, проявляющиеся в спектре объектов, находящихся на большом расстоянии, называются «лесом Лайман-альфа». Карту реликтового гравитационного волнового фона (БАО) в ранней Вселенной астрономы составляли на основе данных о спектрах 450 тысяч квазаров (после завершения обзора DESI их количество достигнет трех миллионов).
В основном итоги первого года наблюдений соответствуют общепринятой космологической модели ΛCDM. Однако имеющихся данных DESI недостаточно для точного определения изменения темной энергии во времени. Чтобы увеличить точность измерений, исследователи использовали данные о сверхновых и проверили альтернативную гипотезу о том, что темная энергия не является постоянной величиной.
Анализ данных, полученных с помощью DESI, указывает на соответствие гипотезе о темной энергии, характеристики которой изменяются в процессе эволюции Вселенной. Однако, погрешность полученных результатов пока не соответствует общепринятому критерию, который в научном сообществе считается необходимым для признания открытия. Согласно этому критерию, статистическая значимость открытия должна превышать пять сигм, что соответствует вероятности в 99,9999 процента. В данном же случае, в зависимости от используемой базы данных о сверхновых, авторам удалось достичь значений от 2,5 до 3,9 сигмы.
«Хотя это и не окончательное доказательство, имеющиеся данные наиболее убедительно поддерживают гипотезу об изменчивой темной энергии. Интересно, что именно она дает наиболее точное объяснение первым трем точкам [на графике]. Пунктирная линия демонстрирует наилучшее соответствие, и она отражает модель, в которой темная энергия не является постоянной, как это предусмотрено в ΛCDM, а подвержена изменениям с течением времени. Все наблюдения, накопленные за последние 25 лет, указывают на то, что наиболее простое решение, вероятно, является оптимальным», — прокомментировала результаты Натали Паланк-Делабруи (Nathalie Palanque-Delabrouille), физик из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, одна из пресс-секретарей DESI.