Используя изготовленную DOE камеру Dark Energy, установленную на 4-метровом телескопе Виктора М. Бланко в Межамериканской обсерватории Серро Тололо, The Dark Energy Survey получила самый большой образец сверхновой, когда-либо использовавшийся одним телескопом. Проанализировав более 1500 удаленных сверхновых, коллаборация DES установила сильнейшие ограничения на расширение Вселенной, когда-либо полученные с использованием сверхновых, и обнаружила намеки на то, что плотность темной энергии Вселенной может меняться со временем.
В 1998 году две отдельные группы астрофизиков, используя телескопы Межамериканской обсерватории Серро Тололо (CTIO) Национального научного фонда США и Национальной обсерватории Китт-Пик, обе программы NOIRLab NSF, обнаружили, что Вселенная расширяется ускоряющимися темпами. Это явление приписывается темной энергии, которая составляет около 70% нашей Вселенной. Открытие стало неожиданностью для астрофизиков, которые в то время ожидали, что расширение Вселенной замедляется.
Это революционное открытие было сделано в результате наблюдений за особым классом взрывающихся звезд, называемых сверхновыми типа Ia и было отмечено Нобелевской премией по физике в 2011 году.
Теперь, спустя 25 лет после первоначального открытия, ученые, работающие над Обзором темной энергии (DES), опубликовали результаты беспрецедентного анализа с использованием той же методики для дальнейшего изучения тайн темной энергии и установления самых строгих ограничений на историю расширения Вселенной, когда-либо полученную. В презентации на 243-м заседании Американского астрономического общества 8 января 2024 года и в статье, представленной в Astrophysical Journal, астрофизики сообщают о результатах, которые согласуются со стандартной космологической моделью Вселенной с ускоряющимся расширением. Тем не менее, результаты недостаточно окончательны, чтобы исключить возможность более сложной модели.
DES - это международное сотрудничество, в котором участвуют более 400 ученых из более чем 25 институтов, возглавляемых Национальной ускорительной лабораторией Ферми Министерства энергетики США. В DES используется камера темной энергии (DECam), 570-мегапиксельная цифровая камера, созданная Fermilab и финансируемая Управлением науки Министерства энергетики США при значительном участии NSF и партнеров DES. Он установлен на телескопе Виктора М. Бланко в CTIO в Чили. Собрав данные за 758 ночей за шесть лет, ученые DES нанесли на карту территорию, составляющую почти одну восьмую всего неба.
Среди наблюдений примерно за двумя миллионами далеких галактик команда DES обнаружила несколько тысяч сверхновых, что делает это самой большой и глубокой выборкой сверхновых, когда-либо полученной с помощью одного телескопа. Затем исследователи DES использовали передовые методы машинного обучения, чтобы помочь в классификации сверхновых, и просеяли выборку в единый высококачественный набор данных с 1499 вероятными сверхновыми типа Ia, тем самым утроив число наблюдаемых сверхновых Ia сверх красного смещения 0,2 и увеличив в пять раз число сверх красного смещения 0,5. “Это действительно масштабное увеличение по сравнению с тем, что было 25 лет назад, когда для определения темной энергии использовались только 52 сверхновые”, - сказала Тамара Дэвис, профессор Университета Квинсленда в Австралии и соорганизатор Рабочей группы DES по сверхновым.
Эта большая выборка сверхновых, охватывающая широкий диапазон расстояний, может быть использована для прослеживания истории космического расширения. Для каждой сверхновой ученые DES объединяют расстояние до нее с измерением ее красного смещения — насколько быстро она удаляется от Земли в результате расширения Вселенной. Вместе эти два фактора могут дать представление о том, оставалась ли плотность темной энергии Вселенной постоянной или менялась с течением времени.
“По мере расширения Вселенной плотность вещества уменьшается”, сказал директор DES и представитель Рич Крон, ученый из Фермилаборатории и Чикагского университета. “Но если плотность темной энергии постоянна, это означает, что общая доля темной энергии должна увеличиваться по мере увеличения объема”.
Стандартная космологическая модель известна как ΛCDM, или ‘Лямбда-холодная темная материя’. Эта математическая модель описывает, как эволюционирует Вселенная, используя всего несколько характеристик, таких как плотность вещества, тип вещества и поведение темной энергии. В то время как ΛCDM предполагает, что плотность темной энергии во Вселенной постоянна в течение космического времени и не уменьшается по мере расширения Вселенной, результаты DES Supernova Survey намекают, что это может быть неверно.
Результаты были получены путем объединения данных DES с дополнительными данными, полученными с телескопа Планка Европейского космического агентства. Интригующим результатом этого исследования является то, что впервые было измерено достаточно отдаленных сверхновых, чтобы провести высокодетальное измерение фазы замедления Вселенной и увидеть, где Вселенная переходит от замедления к ускорению. И хотя результаты согласуются с постоянной плотностью темной энергии во Вселенной, они также намекают на то, что темная энергия, возможно, может изменяться. “Есть дразнящие намеки на то, что темная энергия меняется со временем”, сказал Дэвис, “Мы находим, что простейшая модель темной энергии — ΛCDM - не подходит наилучшим образом. Мы не так уж далеки от того, чтобы исключить это, но в стремлении понять, что ускоряет расширение Вселенной, это новый интригующий фрагмент головоломки. Возможно, потребуется более сложное объяснение.”
Инновационные методы, впервые разработанные DES, будут определять и продвигать будущие астрофизические анализы. Такие проекты, как предстоящий Legacy Survey of Space and Time, который будет проведен обсерваторией Веры К. Рубин, которая совместно управляется NOIRLab NSF и Национальной ускорительной лабораторией SLAC Министерства энергетики США, а также космическим телескопом Нэнси Грейс Роман НАСА, продолжат работу DES. “Мы разрабатываем новаторские методы, которые принесут непосредственную пользу следующему поколению исследований сверхновых”, сказал Крон.
"Этот результат ясно показывает ценность проектов астрономических исследований, которые продолжают приносить отличные научные результаты и после завершения сбора данных", говорит Найджел Шарп, программный директор Отдела астрономических наук NSF. "Нам нужно как можно больше разнообразных подходов, чтобы понять, что такое темная энергия, а чем она не является. Это важный путь к такому пониманию ".
Алистер Уокер, специалист по приборам DECam в NOIRLab, добавляет: “Множество элементов объединились, чтобы обеспечить этот важный прогресс в нашем понимании темной энергии — чистое небо Чили, большой телескоп Blanco, оснащенный великолепно сделанным DECam, интенсивные усилия по калибровке данных, которые позволили достичь беспрецедентного уровня точности измерений, и десятилетие аналитических усилий очень талантливой группы ученых ”.
Источник: NOIRLab из NSF
Информация о космосе также есть в сообществе в ВК https://vk.com/fotoastronomiya
На изображении:
Пример сверхновой, обнаруженной Службой исследования темной энергии в поле, охватываемом одним из отдельных детекторов в камере темной энергии. Сверхновая взорвалась в спиральной галактике с красным смещением = 0,04528, что соответствует времени прохождения света около 0,6 миллиарда лет. Для сравнения, квазар справа имеет красное смещение 3,979 и время прохождения света 11,5 миллиардов лет.
DES Collaboration/NOIRLab/NSF/AURA/M. Zamani
Дополнительные материалы
