С помощью камеры Dark Energy Camera, установленной на 4-метровом телескопе имени Виктора Бланко в обсерватории Серро-Тололо, в рамках проекта Dark Energy Survey была получена самая большая выборка сверхновых, когда-либо сделанная с помощью одного телескопа.
В ходе углубленного анализа на основе этого каталога было изучено около 1 500 сверхдальних сверхновых. Благодаря этому исследованию Dark Energy Survey предоставил самые точные данные о расширении Вселенной за всю историю наблюдений и обнаружил признаки того, что плотность темной энергии Вселенной может меняться со временем.
От сверхновых до темной энергии: двигатель Вселенной
В 1998 году две разные группы астрофизиков, используя телескопы Межамериканской обсерватории Серро-Тололо (CTIO), обнаружили, что Вселенная расширяется ускоренными темпами. Это явление приписывают загадочной сущности, называемой темной энергией, которая, согласно современным моделям, составляет около 70 процентов нашей Вселенной. Это открытие стало неожиданностью для астрофизиков, которые в то время ожидали замедления расширения Вселенной, и стало возможным благодаря наблюдению за особым классом взрывающихся звезд, называемых сверхновыми типа Ia.
Этот тип сверхновых возникает, когда углеродно-кислородный белый карлик после длительного процесса аккреции превышает критическую массу и взрывается, выделяя огромное количество энергии. Эта критическая масса почти одинакова для всех белых карликов, поэтому все сверхновые типа Ia имеют примерно одинаковую абсолютную светимость. Сравнивая видимую светимость, астрономы могут определить относительное расстояние от Земли.
Сегодня, спустя 25 лет после первого открытия, ученые, работающие над проектом Dark Energy Survey (DES), опубликовали результаты беспрецедентного анализа, снова используя сверхновые типа Ia. Целью исследования является дальнейшее изучение загадок темной энергии и получение данных, объясняющих, как эта энергия подпитывает расширение Вселенной.
Результаты этого анализа показали, что они согласуются со стандартной космологической моделью Вселенной с ускоренным расширением. Однако результаты не настолько убедительны, чтобы исключить возможность существования более сложной модели, чем известная в настоящее время.
Необычная выборка сверхновых
В DES используется камера для изучения темной энергии (DECam) — 570-мегапиксельная цифровая камера, созданная в Фермилабе и установленная на телескопе имени Виктора М. Бланко в CTIO в Чили. Собирая данные за 758 ночей в течение шести лет, ученые DES нанесли на карту область, равную почти восьмой части всего неба.
С помощью этих мощных инструментов было замечено около двух миллионов галактик, удаленных на миллионы световых лет, благодаря чему команда DES обнаружила несколько тысяч сверхновых. Затем исследователи использовали передовые методы машинного обучения для облегчения классификации сверхновых и выявили 1499 вероятных сверхновых типа Ia. «Это действительно огромный рост по сравнению с тем, что было 25 лет назад, когда для исследования темной энергии использовались только 52 сверхновые«, — говорит Тамара Дэвис, соруководитель рабочей группы DES по сверхновым.
Эта большая выборка сверхновых, расположенных на разных расстояниях друг от друга, может быть использована для прослеживания истории расширения космоса. Для каждой сверхновой ученые DES объединяют несколько данных, включая расстояние до нее и ее красное смещение, которое полезно для понимания того, насколько быстро она удаляется от Земли из-за расширения Вселенной. Вместе эти два фактора могут дать информацию о том, как менялась плотность темной энергии во Вселенной с течением времени.
Стандартная космологическая модель: подтверждение?
Стандартная космологическая модель известна как ΛCDM, космологическая модель Лямбда-CDM. Эта математическая модель описывает эволюцию Вселенной на основе определенной информации, такой как плотность материи, тип материи и поведение темной энергии. Хотя ΛCDM предполагает, что плотность темной энергии во Вселенной постоянна в течение космического времени и не разбавляется по мере расширения Вселенной, результаты анализа DES Supernova Survey показывают, что это может быть не так.
Результаты были получены путем объединения данных DES с дополнительными данными телескопа ЕКА «Планк». Впервые сверхновые, находящиеся на достаточно большом расстоянии, были изучены, чтобы провести высокодетальное измерение фазы замедления Вселенной, которая, согласно стандартной космологической модели, имела место в прошлом, и увидеть, где Вселенная переходит от замедления к ускорению.
«Есть подсказки, позволяющие предположить, что темная энергия может меняться со временем«, — говорит Дэвис. «Модель ΛCDM не является полностью ошибочной, но, похоже, она не является лучшим решением для понимания того, что ускоряет Вселенную. Благодаря новому исследованию стало ясно, что решение может быть еще более сложным«.
Инновационные методы, впервые примененные в DES, послужат основой для будущих астрофизических анализов. Такие проекты, как предстоящий Legacy Survey of Space and Time, который будет проводиться с помощью обсерватории имени Веры Рубин, продолжат работу над DES. «Мы экспериментируем с методами, которые будут непосредственно полезны для следующего поколения исследований сверхновых«, — сказал директор и пресс-секретарь DES Рич Крон. Найджел Шарп, директор программы, добавил: «Нам нужно как можно больше различных подходов, чтобы понять, что является темной энергией, а что нет. Это один из способов понять это«.
С полным текстом исследования можно ознакомиться в предварительной версии.