DESI проводит наблюдения в ночном небе. Рочестерская группа является частью DESI с 2017 года, ее члены сыграли ключевую роль в вводе в эксплуатацию и эксплуатации прибора. Авторы и права: КПНО/НОИРЛаб/НСФ/АУРА/Т. Словинский
Ученые проанализировали первую порцию данных, полученных с помощью Спектроскопического прибора темной энергии, чтобы составить карту Вселенной и разгадать тайны темной энергии.
С помощью 5000 крошечных роботов в телескопе на вершине горы Спектроскопический инструмент темной энергии (DESI) позволяет исследователям заглянуть в прошлое на 11 миллиардов лет. Свет от удаленных объектов в космосе только сейчас достигает DESI, что позволяет ученым составить карту космоса, каким он был в молодости, а также проследить его рост. Понимание того, как развивалась Вселенная, связано с одной из величайших загадок физики: темной энергией, которая, по гипотезе исследователей, является движущей силой расширения Вселенной.
DESI — это международное научное сотрудничество, в котором участвуют более 800 ученых со всего мира. Среди них исследователи из группы космологии Рочестерского университета, междисциплинарной группы, в которую входят профессора, научные сотрудники, аспиранты и студенты факультетов физики, астрономии, науки о данных и информатики. Группу возглавляет профессор физики Регина Демина; Сегев БенЦви, доцент кафедры физики; и Келли Дуглас, доцент кафедры физики и астрономии (преподаватель).
DESI в настоящее время находится в середине пятилетнего проекта по измерению 40 миллионов галактик и квазаров и созданию самой большой трехмерной карты космоса, когда-либо созданной, с самыми точными измерениями на сегодняшний день. Инструмент начал свои исследования в 2021 году, и недавно исследователи объявили о своем анализе собранных данных за первый год, включая измерения скорости расширения и состава Вселенной. Они опубликовали свой анализ в нескольких статьях на сервере препринтов arXiv.
«Данные DESI значительно превышают все, что мы собирали раньше», — говорит Дуглас. «Выборка галактик и квазаров, полученная DESI за первый год, уже в шесть раз превышает совокупные измерения всех предыдущих спектроскопических исследований, проведенных за последние 40 лет».
И данные за первый год — это только начало, добавляет Демина: «Полный набор данных позволит нам поближе взглянуть на самый рассвет нашей Вселенной — период, когда Вселенная переживала быстрое экспоненциальное расширение».
Оптические глаза на небе
Инструмент DESI находится на модернизированном телескопе Мэйолл в Национальной обсерватории Китт-Пик Национального научного фонда недалеко от Тусона, штат Аризона. Инструмент включает в себя оптику, которая увеличивает поле зрения телескопа, и включает в себя 5000 оптических волокон с роботизированным управлением для сбора спектроскопических данных от объектов в поле зрения телескопа и исследования трехмерного положения галактик и квазаров во Вселенной.
Аспирант Рочестерского университета Зак Браун завершил смену в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне в октябре 2023 года. Инструмент DESI — цилиндрический черный аппарат — установлен на модернизированном телескопе Мэйолл в Китт-Пик. Фото: Энн Эллиотт, Университет штата Огайо.
Рочестерская группа является частью DESI с 2017 года. Члены группы сыграли ключевую роль в вводе в эксплуатацию и эксплуатации прибора, включая разработку и устранение неполадок программного обеспечения, обеспечивающего оптимальное направление 5000 волокон на свои цели.
Члены Рочестерской группы также внесли значительный вклад в проверку данных первого года, включая изучение систематических неопределенностей — потенциальных ошибок или отклонений, — которые могут повлиять на измерения, чтобы лучше гарантировать точность и надежность результатов.
Расшифровка расширения Вселенной и темной энергии
DESI создан для измерения барионных акустических колебаний (BAO) — огромных пузыреобразных структур, которым следуют галактики, образовавшихся вскоре после Большого взрыва. В первый год своего существования DESI использовал 5,7 миллиона галактик и квазаров из своей спектроскопической выборки, чтобы измерить размер БАО и оценить, насколько быстро расширяется Вселенная. Эта величина известна как постоянная Хаббла.
БАО также используются для ограничения плотности темной материи и темной энергии. Ученые долгое время считали, что Вселенная расширяется с постоянной скоростью, но в 1999 году было обнаружено, что скорость расширения ускоряется. Предполагается, что темная энергия является движущей силой ускорения.
Некоторые теории предполагают, что одно или несколько скалярных полей (невидимых сил, расширяющих Вселенную), подобных скалярному полю, предположительно вызывающему инфляционный рост Вселенной вскоре после Большого взрыва, способствуют образованию темной энергии.
«Пока человечеству известно только одно скалярное поле — поле Хиггса», — говорит Демина, которая была частью команды, которая открыла поле Хиггса в 2012 году с помощью Большого адронного коллайдера в ЦЕРН в Швейцарии. «Сейчас самое время проверить, есть ли еще такие поля».
Еще один вопрос, на который пытается ответить DESI, заключается в том, имеет ли темная энергия постоянное значение повсюду во Вселенной (известное как космологическая константа) или ее свойства различаются во времени и пространстве. Хотя измерения BAO, проведенные DESI за первый год, совместимы с космологической постоянной, они немного отдают предпочтение модели, которая предполагает, что темная энергия является развивающимся или «динамическим» полем.
По словам БенЦви, «доказательства в пользу развития темной энергии могут быть очень интересными, но это также могут быть случайные колебания. Мы не можем быть уверены, пока не посмотрим следующую порцию данных. Текущая оценка относится к концу 2025 года. следующий выпуск».
Информация от: Рочестерским университетом
