В 1929 году Эдвин Хаббл навсегда изменил наше понимание космоса, показав, что Вселенная находится в состоянии расширения. К 1990-м годам астрономы определили, что скорость его расширения на самом деле увеличивается, что, в свою очередь, привело к теории « Темная энергия «. С того времени астрономы и физики пытались определить существование этой силы, измеряя влияние, которое она оказывает на космос.
Последние в этих усилиях исходят от Обзор цифрового неба Sloan III (SDSS III), где международная группа исследователей объявила о завершении создания самых точных на сегодняшний день измерений Вселенной. Известный как Спектроскопические исследования барионных колебаний (БОСС), их измерения наложили новые ограничения на свойства темной энергии.
Новые измерения были представлены астрономом Гарвардского университета Дэниелом Эйзенштейном на недавнем заседании Американского астрономического общества. Как директор Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III) он и его команда провели последние десять лет, измеряя космос и периодические колебания плотности нормальной материи, чтобы увидеть, как галактики распределены по Вселенной.
Иллюстрация барионных акустических колебаний, которые были запечатлены в ранней Вселенной и все еще можно увидеть сегодня в обзорах галактик, таких как BOSS. Предоставлено: Крис Блейк и Сэм Мурфилд.
И после десятилетия исследований команда BOSS смогла создать трехмерную карту космоса, охватывающую более шести миллиардов световых лет. В то время как другие недавние исследования смотрели дальше - до расстояния 9 а также 13 миллиардов световых лет - карта BOSS уникальна тем, что может похвастаться высочайшей точностью из всех космологических карт.
Фактически, команда BOSS смогла измерить распределение галактик в космосе и на расстоянии 6 миллиардов световых лет с беспрецедентной погрешностью в 1%. Определить природу космических объектов на больших расстояниях нелегко из-за эффектов теории относительности. Как доктор Эйзенштейн сказал Universe Today по электронной почте:
«Расстояния - давняя проблема астрономии. В то время как люди часто могут судить о расстоянии благодаря нашему бинокулярному зрению, галактики за пределами Млечного Пути слишком далеки, чтобы использовать это. А поскольку галактики бывают самых разных размеров, трудно судить об их расстоянии. Это как смотреть на далекую гору; суждение о его расстоянии связано с суждением о его высоте '.
В прошлом астрономы производили точные измерения объектов в локальной вселенной (то есть планет, соседних звезд, звездных скоплений), полагаясь на все, от радара до красного смещения - степени, в которой длина волны света смещается к красному концу спектр. Однако чем больше расстояние до объекта, тем выше степень неопределенности.
Художественная концепция новейшего высокоточного измерения Вселенной от BOSS. Предоставлено: Зося Ростомян / Национальная лаборатория Лоуренса Беркли.
И до сих пор только объекты, которые находятся на расстоянии нескольких тысяч световых лет от Земли, то есть в пределах галактики Млечный Путь, измеряли расстояния с точностью до одного процента. BOSS является крупнейшим из четырех проектов, входящих в состав Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III). Его отличает то, что он в первую очередь основан на измерении так называемых «барионных акустических колебаний» (BAOs).
По сути, это тонкая периодическая рябь в распределении видимой барионной (то есть нормальной) материи в космосе. Как объяснил д-р Даниэль Эйзенштейн:
«БОСС измеряет расширение Вселенной двумя основными способами. Первый - с помощью барионных акустических колебаний (отсюда и название обзора). Звуковые волны, распространяющиеся в первые 400 000 лет после Большого взрыва, создают предпочтительный масштаб для разделения пар галактик. Измеряя это предпочтительное расстояние в выборке из многих галактик, мы можем сделать вывод о расстоянии до выборки.
«Второй метод состоит в том, чтобы измерить, насколько различается кластеризация галактик между парами, ориентированными вдоль луча зрения, по сравнению с парами, расположенными поперек луча зрения. Расширение Вселенной может привести к тому, что эта кластеризация станет асимметричной, если использовать неверную историю расширения при преобразовании красных смещений в расстояние ».
Благодаря этим новым высокоточным измерениям расстояний астрономы BOSS смогут изучать влияние темной материи с гораздо большей точностью. «Различные модели темной энергии различаются по тому, как ускорение расширения Вселенной происходит с течением времени», - сказал Эйзенштейн. «BOSS измеряет историю расширения, что позволяет нам сделать вывод о скорости ускорения. Мы находим результаты, которые полностью согласуются с предсказаниями модели космологической постоянной, то есть модели, в которой темная энергия имеет постоянную плотность во времени ».
Понимание крупномасштабной структуры Вселенной и роли, которую играет Темная энергия, является ключом к разгадке ее тайн. Предоставлено: NAOJ / CFHT / SDSS.
В дополнение к измерению распределения нормальной материи для определения влияния Темной энергии, SDSS-III Collaboration работает над составлением карты Млечного Пути и поиском внесолнечных планет. Измерения BOSS подробно описаны в серии статей, которые были отправлены в журналы коллаборацией BOSS в прошлом месяце. доступно онлайн .
И БОСС - не единственная попытка понять крупномасштабную структуру нашей Вселенной и то, как все ее таинственные силы сформировали ее. Буквально в прошлом месяце Объявил профессор Стивен Хокинг что КОСМОС суперкомпьютерный центр Кембриджского университета будет создавать самую подробную трехмерную карту Вселенной на сегодняшний день.
Основываясь на данных, полученных с помощью данных CMB, полученных ЕКА Спутник Планка и информация из Обзор темной энергии , они также надеются измерить влияние Темной Энергии на распределение материи в нашей Вселенной. Кто знает? Через несколько лет мы вполне можем прийти к пониманию того, как все фундаментальные силы, управляющие Вселенной, работают вместе.
Дальнейшее чтение: SDSIII