Sloan Digital Sky Survey (SDSS) публикует всесторонний анализ самого большого трехмерной карте Вселенной когда - либо созданных, заполняя наиболее существенные пробелы в нашей разведке в истории космоса.
Наши знания о Вселенной включают как ее древнюю историю, так и недавнюю историю ее расширения, но между обоими периодами были промежутки в периоде, соответствующем 11 000 миллионов лет.
В течение пяти лет ученые SDSS работали, чтобы узнать, что произошло в этот период, и использовали эту информацию для достижения одного из самых важных достижений в космологии за последнее десятилетие.
Новые результаты являются результатом одной из программ SDSS, международного коллабораторного расширенного спектроскопического исследования колебаний бариона (eBOSS), в котором участвуют более ста астрофизиков.
В представленном сегодня анализе важную роль сыграли три испанских исследователя: Гектор Марин из Института наук о космосе Университета Барселоны (ICCUB); Андреу Фон Рибера из Института физики высоких энергий (IFAE) и Сантьяго Авила из Мадридского автономного университета (UAM).
В основе новых результатов лежат подробные измерения более двух миллионов галактик и квазаров, охватывающих 11 миллиардов лет космического времени.
Благодаря изучению космического микроволнового фонового излучения (CMB) и измерениям относительного количества элементов, созданных вскоре после Большого взрыва, мы знаем, какой была Вселенная в зачаточном состоянии.
Мы также знаем историю расширения Вселенной за последние миллиарды лет по картам галактик и измерениям расстояний между ними, в том числе сделанным на более ранних фазах SDSS.
Вселенная
«Анализ eBOSS и предыдущие эксперименты SDSS показывают историю расширения Вселенной за самый длительный период времени, изученный до настоящего времени», - говорит Эктор Гил Марин из ICCUB.
Этот исследователь, получивший стипендию Фонда «La Caixa» для выполнения своей постдокторантуры в этом центре, руководил анализом этих карт галактик, измеряя скорость расширения и роста структур Вселенной 6000 миллионов лет назад. Эти измерения помогают объединить раннюю физику с поздней, позволяя сформировать полную картину расширения Вселенной во времени.
Взгляд на полученную карту, показанную на прилагаемом изображении, показывает нити и разрывы, которые определяют структуру Вселенной с того времени, когда ей было всего около 300 000 лет.
Используя эту карту, исследователи ищут закономерности в распределении галактик, которые предоставляют информацию о различных ключевых параметрах нашей Вселенной, которые eBOSS смог измерить с точностью более 1% - сигналы от этих закономерностей показаны в изображениях.
Эта карта является результатом более чем двадцатилетней работы по картированию Вселенной с использованием телескопа Фонда Альфреда Слоана. Космическая история, которую он раскрывает, показывает, что расширение Вселенной начало ускоряться около 6 миллиардов лет назад, и с тех пор оно продолжает расти.
Это ускоренное расширение, по-видимому, происходит из-за таинственной невидимой составляющей Вселенной, называемой темной энергией, которая согласуется с общей теорией относительности Эйнштейна, но чрезвычайно трудно примириться с нашими современными знаниями физики элементарных частиц.
Несовместимость
Объединив наблюдения, сделанные eBOSS, с исследованиями детства Вселенной, исследователи получили изображение с некоторыми несовместимостями. Измерение текущей скорости расширения Вселенной (известной как постоянная Хаббла) примерно на 10% меньше значения, полученного при измерении скорости расширения с использованием расстояния до ближайших галактик.
«Высокая точность данных делает маловероятным, что это несоответствие связано с случайностью», - говорит Андреу Фон Рибера, исследователь из IFAE в Барселоне, который руководил интерпретацией результатов. «Широкое разнообразие данных eBOSS приводит к такому же выводу несколькими независимыми способами», - говорит он .
Нет общепринятого объяснения этому расхождению в скоростях расширения, но захватывающая возможность состоит в том, что ранее неизвестная форма материи или энергии из ранней Вселенной оставила бы след в расширении, которое мы наблюдаем сегодня.
Все эти результаты стали известны сегодня после публикации в ArXiv более двадцати научных статей, документов, которые на более чем пятисот страницах описывают анализ последних данных eBOSS. С этой вехой ключевые цели исследования достигнуты.
Анализ
Различные группы команды eBOSS, расположенные в университетах по всему миру, сосредоточились на различных аспектах анализа. Исследователи использовали массивные красные галактики для получения части карты, датированной 6 миллиардами лет назад. Для более дальних расстояний они использовали младшие голубые галактики.
Наконец, они использовали квазары - яркие галактики, которые загораются как следствие вещества, поглощенного сверхмассивной черной дырой в их ядре, - чтобы получить карту Вселенной за 11 миллиардов лет назад и ранее. Чтобы выявить закономерности Вселенной, был проведен очень тщательный анализ каждого измерения с целью устранения возможных загрязнений.
Скорость, с которой расширяется Вселенная
«Мы измерили статистические свойства этих галактических карт и определили скорость, с которой Вселенная расширяется со временем», - объясняет Сантьяго Авила из Мадридского автономного университета (UAM), который разработал новые методы для компьютер моделирует карты галактик, подобные тем, которые мы видели в этом исследовании.
Авила добавляет: «В сочетании с дополнительными данными космического микроволнового фона и наблюдений сверхновых мы пришли к выводу, что геометрическая кривизна Вселенной на самом деле плоская, и мы также измерили скорость локального расширения с точностью лучше 1%. » .
Следуя пути SDSS, уже ведутся работы над телескопами следующего поколения, которые придут на смену eBOSS. Он начнется в конце года с помощью спектроскопического инструмента темной энергии (DESI), который будет наблюдать в десять раз больше галактик и квазаров, чем eBOSS, благодаря новому инструменту, расположенному в Национальной обсерватории Китт-Пик (Аризона, США).
В то же время Европейское космическое агентство планирует к 2022 году взлет спутника Евклид, оснащенного уникальным телескопом, который обеспечит дополнительный обзор Вселенной.
Эти инструменты, оба с участием Испании, предоставят данные с точностью, невиданной ранее, и этот факт позволит нам разрешить загадку темной энергии и диссонанс между скоростью расширения локальной и примитивной Вселенной. Или, возможно, они покажут больше сюрпризов.