DESI наблюдает за небом с телескопа Мэйолл, показанного здесь во время метеорного потока Геминиды в 2023 году. Изображение предоставлено: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. Искра
Гравитация сформировала наш космос. Его притягивающее влияние превратило мельчайшие различия в количестве материи, присутствовавшей в ранней Вселенной, в растянутые вереницы галактик, которые мы видим сегодня. Новое исследование с использованием данных Спектроскопического инструмента темной энергии (DESI) проследило, как эта космическая структура выросла за последние 11 миллиардов лет, обеспечив наиболее точное испытание гравитации в очень больших масштабах.
DESI — это международное сотрудничество более 900 исследователей из более чем 70 учреждений по всему миру, которым управляет Национальная лаборатория Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) Министерства энергетики.
В своем новом исследовании исследователи DESI обнаружили, что гравитация ведет себя так, как предсказывает общая теория относительности Эйнштейна. Результат подтверждает ведущую модель Вселенной и ограничивает возможные теории изменения гравитации, которые были предложены в качестве альтернативных объяснений неожиданных наблюдений, включая ускоренное расширение нашей Вселенной, которое обычно приписывают темной энергии.
«Общая теория относительности была очень хорошо проверена в масштабах солнечных систем, но нам также нужно было проверить, работает ли наше предположение в гораздо более крупных масштабах», — сказала Полин Заррук, космолог из Национального центра научных исследований Франции (CNRS). Лаборатория ядерной физики и физики высоких энергий (LPNHE), которая совместно провела новый анализ.
«Изучение скорости формирования галактик позволяет нам напрямую проверять наши теории, и до сих пор мы согласовываемся с предсказаниями общей теории относительности в космологических масштабах».
Исследование также предоставило новые верхние пределы массы нейтрино, единственных элементарных частиц, массы которых еще не были точно измерены.
Предыдущие нейтринные эксперименты показали, что сумма масс трёх типов нейтрино должна быть не менее 0,059 эВ/с2. (Для сравнения: электрон имеет массу около 511 000 эВ/с2.) Результаты DESI показывают, что сумма должна быть меньше 0,071 эВ/с2, что оставляет узкое окно для масс нейтрино.
Коллаборация DESI опубликовала свои результаты в нескольких статьях, опубликованных в онлайн-репозитории arXiv. Комплексный анализ использовал почти 6 миллионов галактик и квазаров и позволил исследователям заглянуть в прошлое на 11 миллиардов лет. Имея данные всего за год, DESI провел наиболее точное общее измерение структурного роста, превзойдя предыдущие усилия, на завершение которых ушли десятилетия.
Эти результаты представляют собой расширенный анализ данных DESI за первый год, который в апреле создал самую большую на сегодняшний день трехмерную карту Вселенной и предоставил доказательства того, что темная энергия может развиваться с течением времени.
Апрельские результаты исследовали особую особенность скоплений галактик, известную как барионные акустические колебания (БАО). Новый анализ, получивший название «полноформный анализ», расширяет возможности извлечения дополнительной информации из данных и измерения того, как галактики и материя распределяются в космосе в разных масштабах.
Исследование потребовало месяцев дополнительной работы и перекрестных проверок. Как и в предыдущем исследовании, была использована техника, позволяющая до конца скрыть результат от ученых, тем самым нивелируя любую неосознанную предвзятость.
«И наши результаты BAO, и полный анализ впечатляют», — сказал Драган Хутерер, профессор Мичиганского университета и соруководитель группы DESI, интерпретирующей космологические данные.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
«Это первый раз, когда DESI взглянул на рост космической структуры. Мы демонстрируем потрясающую новую способность изучать модифицированную гравитацию и улучшать ограничения на модели темной энергии. И это только верхушка айсберга».
Спектроскопический прибор темной энергии фотографирует ночное небо в 2022 году. Изображение предоставлено: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/T. Словинский
DESI — это современный прибор, который может одновременно улавливать свет от 5000 галактик. DESI установлен на 4-метровом телескопе Николаса Мэйолла Национального научного фонда США в Национальной обсерватории Китт-Пик (программа NSF NOIRLab). Эксперимент идет уже четвертый год за пять лет изучения неба, и к концу проекта планируется собрать около 40 миллионов галактик и квазаров.
В настоящее время сотрудничество анализирует собранные данные за первые три года и рассчитывает предоставить обновленные данные о темной энергии и истории расширения нашей Вселенной весной 2025 года. Расширенные результаты DESI согласуются с предыдущим экспериментом, в котором предпочтение отдавалось развивающейся темной энергии, и добавляют уверенности в предстоящем анализе.
«Темная материя составляет около четверти Вселенной, а темная энергия — еще 70%, и мы на самом деле не знаем, что представляет собой каждая из них», — сказал Марк Маус, доктор философии. студент лаборатории Беркли и Калифорнийского университета в Беркли, который работал над теорией и конвейерами моделирования для нового анализа. «Идея о том, что мы можем фотографировать Вселенную и решать эти большие, фундаментальные вопросы, просто ошеломляет».
Для сотрудничества DESI большая честь проводить научные исследования на Иолигам Дуаг (Китт Пик), горе, имеющей особое значение для народа Тохоно О'одхам.
Информация от: Национальной лабораторией Лоуренса Беркли.
