С помощта на 5000 малки робота в телескоп, разположен на

С помощта на 5000 дребни робота в телескоп, ситуиран на планински връх, откривателите могат да надникнат 11 милиарда години в предишното. Светлината от далечни галактически обекти едвам в този момент доближава до Спектроскопския инструмент Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), което ни разрешава да картографираме космоса подобен, какъвто е бил в младостта си. Както и да проследим еволюцията му до това, което виждаме през днешния ден.

Разбирането на това по какъв начин се е развила нашата Вселена е обвързвано с това по какъв начин ще приключи тя. Това е и една от най-големите загадки във физиката: тъмната сила – незнайната съставна част, която кара Вселената да се уголемява все по-бързо.

За да изследва въздействието на тъмната сила през последните 11 милиарда години, DESI сътвори най-голямата триизмерна карта на нашия Космос, създавана в миналото, с най-точните измервания до момента. За първи път учените мериха историята на разширението на младата Вселена с акуратност над 1%, което ни дава по-добра визия за това по какъв начин се е развивала Вселената.

Изследователите споделиха своите разбори на данните, събрани през първата година. Това са няколко публикации, които ще бъдат последователно оповестени на сървъра за предварителни изявления arXiv. Както и презентации на срещата на Американското физическо общество в Съединени американски щати и на конференцията Rencontres de Moriond в Италия.

„ Изключително сме горди с тези данни, които доведоха до водещи в света космологични резултати и са първите резултати от ново потомство опити с тъмна сила “.

Това са думите на Майкъл Леви, шеф на DESI и академик от Националната лаборатория „ Лорънс Бъркли “ към Министерството на енергетиката, която управлява плана.

„ Досега като цяло наблюдавахме сходство с нашия най-хубав модел на Вселената, само че видяхме и някои евентуално забавни разлики. Те могат да значат, че тъмната сила се развива с течение на времето. Те могат да изчезнат или да не изчезнат с увеличението и натрупването на повече данни, тъй че с неспокойствие чакаме да стартираме да проучваме нашия тригодишен набор от данни “.

Нашият водещ модел на Вселената е прочут като Lambda CDM. Той включва както едва взаимодействащ вид материя (студена тъмна материя, или CDM), по този начин и тъмна сила (Lambda). Както материята, по този начин и тъмната сила дефинират по какъв начин се уголемява Вселената, само че по противоположни способи. Материята и тъмната материя забавят разширението, до момента в който тъмната сила го форсира. Количеството на всеки от тези съставни елементи въздейства върху еволюцията на нашата Вселена. Този модел се оправя добре с описанието на резултатите от предходни опити и на това по какъв начин наподобява Вселената с течение на времето.

Въпреки това, когато резултатите от първата година на DESI се комбинират с данните от други проучвания, се разкриват някои фини разлики с това, което предсказва Lambda CDM. Тъй като DESI събира повече данни в хода на петгодишното проучване, тези ранни резултати ще станат по-точни. По този метод ще се обясни дали данните насочват към други пояснения на следените резултати или към нуждата от актуализиране на този модел.

Допълнителните данни ще подобрят и другите първични резултати на DESI. Те се отнасят до константата на Хъбъл (мярка за това какъв брой бързо се уголемява Вселената днес). Както и до масата на частиците неутрино.

„ Никой спектроскопски опит не е събирал толкоз доста данни, а ние продължаваме да събираме данни за повече от един милион галактики всеки месец “,

казва Натали Паланке-Делабрюй, академик от Лабораторията Бъркли и един от създателите на опита.

„ Удивително е, че единствено с данните от първата година към този момент можем да измерим историята на разширението на нашата Вселена в седем разнообразни сектора от галактическото време, всеки от които с акуратност от 1 до 3 %. Екипът е приключил чудесна работа по отчитане на инструменталните и теоретичните тънкости на моделирането, което ни дава убеденост в надеждността на първите ни резултати “.

Тази художествена илюстрация демонстрира светлината от квазарите, която минава през междугалактическите облаци от водороден газ. Изследователите могат да проучват тази светлина, с цел да схванат огромната конструкция на Вселената.

Общата акуратност на измерването на историята на разширението на DESI за всичките 11 милиарда години е 0,5%. А за най-отдалечената ера, обхващаща 8-11 милиарда години в предишното, точността е рекордна – 0,82%. Подобно премерване на еволюцията на нашата млада Вселена е извънредно мъчно да се направи.

Въпреки това за една година DESI стана два пъти по-мощен в измерването на историята на разширението в тези ранни времена. Това е в съпоставяне от неговия предходник (BOSS/eBOSS Sloan Digital Sky Survey), чието довеждане докрай лиши повече от десетилетие.

„ Развълнувани сме да забележим космологичните резултати от първата година на DESI “, сподели Джина Рамейка, заместник-директор по физика на високите сили в Министерството на енергетиката. „ DESI продължава да ни изненадва със звездната си работа и към този момент оформя нашето схващане за Вселената “.

Пътуване в предишното

DESI е интернационално съдействие на над 900 откриватели от повече от 70 институции в целия свят. Инструментът е конфигуриран на 4-метровия телескоп Николас У. Мейъл в Националната обсерватория Кит Пик като част от програмата NOIRLab на Националната научна фондация на Съединени американски щати.

Когато светлината от отдалечен квазар минава през газовете в пространството, избрани дължини на вълните се гълтам. Построяването на линиите на усвояване разкрива „ гората на Лайман-алфа “ (обозначена в кафяво и зелено). Те дават информация за отдалечените облаци газ сред нас и квазара.

При разглеждане на картата DESI елементарно се вижда главната конструкция на Вселената. Това са скупчвания на галактики, разграничени от празнини с по-малко обекти. Нашата ранна Вселена, надалеч оттатък линията на наблюдаване на DESI, е била доста друга. Тя е била гореща, плътна чорба от субатомни частици, които се движат прекомерно бързо, с цел да образуват постоянна материя като познатите ни през днешния ден атоми.

Сред тези частици са ядрата на водорода и хелия, т.е. барионната материя. Малките съмнения в тази ранна йонизирана плазма провокират талази на налягане, които раздвижват барионите в пулсации. Те наподобяват на тези, които можете да видите, когато хвърлите шепа камъчета в езеро. С разширението и охлаждането на Вселената се образуват неутрални атоми и вълните на налягане стопират. По този метод се замразяват пулсациите в трите измерения и се усилва скупчването на бъдещите галактики в плътни райони.

Милиарди години по-късно към момента можем да следим една относително слаба картина от триизмерни пулсации или мехурчета в присъщото делене на галактиките. Това е характерност, която получи името „ барионни акустични осцилации “ (BAO).

Изследователите употребяват измерванията на ВАО като галактическа линийка. Като мерят забележимия размер на тези мехурчета, те могат да дефинират дистанцията до материята, виновна за този извънредно слаб модел в небето. Картографирането на мехурчетата BAO от близко и от разстояние дава опция на откривателите да разделят данните на части, да мерят скоростта на разширение на Вселената във всеки миг от нейното минало и да моделират по какъв начин тъмната сила въздейства на това разширение.

Диаграмата DESI на Хъбъл демонстрира присъщ модел. Това са барионни акустични осцилации или BAO-„ мехурчета “ – в разнообразни столетия от съществуването на Вселената. Количеството на тъмната сила дефинира скоростта на напредък на Вселената, а оттова и размера на мехурчетата. Плътната линия демонстрира какъв брой огромни съгласно Lambda CDM ще бъдат мехурчетата. В същото време прекъснатата линия демонстрира прогнозата на различен модел, при който тъмната сила се развива с течение на времето. DESI ще събере още данни, с цел да дефинира кой модел разказва по-добре Вселената.

„ Измерихме историята на разширението в този голям диапазон на пространство-времето с акуратност, която надминава всички предходни проучвания на BAO, взети дружно “, споделя Хи-Джонг Сео, професор в Университета в Охайо и съръководител на разбора на BAO в DESI. „ Развълнувани сме да забележим по какъв начин тези нови измервания ще подобрят и трансформират разбирането ни за космоса. Хората са постоянно очаровани от еволюцията на нашата Вселена. Всички желаеме да знаем от какво е построена тя и какво ще се случи с нея по-нататък “.

Използването на галактики за премерване на историята на разширението и за по-добро схващане на тъмната сила е един от методите, само че той може да даде доста. В избран миг светлината от елементарните галактики става прекомерно слаба, по тази причина откривателите се обръщат към квазарите. Това са извънредно отдалечени ярки галактични ядра с черни дупки в техния център. Светлината от квазарите се гълтам, до момента в който минава през междугалактическите облаци от газ, което разрешава на откривателите да картографират клъстери от плътна материя. Както и да ги употребяват по същия метод, както галактиките – техника, известна като потребление на „ гората на Лайман-алфа “.

„ Използваме квазарите като подсветка, с цел да забележим сянката на междинния газ сред квазарите и нас “, споделя Андреу Фонт-Рибера, академик от Института по физика на високите сили (IFAE) в Испания, който е един от ръководителите на разбора на Лиман-алфа гората в DESI. „ Това ни разрешава да погледнем по-назад. Към времето, когато Вселената е била още доста млада. Това е доста предизвикателно премерване и е отлично, че успяхме да го създадем “.

Изследователите са употребявали 450 000 квазара. Това е най-големият набор, събиран в миналото за тези измервания на Лайман-алфа гората, с цел да разширят измерванията на BAO до 11 милиарда години в предишното. DESI има намерение до края на проучването да картографира 3 милиона квазара и 37 милиона галактики.

Опростено пояснение на другите елементи на диаграмата на Хъбъл DESI

Съвременната просвета

DESI е първият спектроскопски опит, при който се прави изцяло „ кьорав разбор “. При него същинският резултат е прикрит от учените, с цел да се избегне подсъзнателното предрешение за удостоверение. Изследователите работят на мрачно с променените данни, като сформират код за разбор на своите открития. Когато всичко е готово, те ползват своя разбор към истинските данни, с цел да открият същинския отговор.

„ Начинът, по който направихме разбора, ни дава убеденост в нашите резултати и най-много в това, че гората на Лайман-алфа е мощен инструмент за премерване на разширението на Вселената “,

казва Жулиен Ги, академик от Лабораторията Бъркли.

Той е и един от ръководителите на обработката на информацията от спектрографите DESI.

„ Наборът от данни, който събираме, е извънреден, както и скоростта, с която го събираме. Това е най-точното премерване, което в миналото съм правил през живота си “.

Този 360-градусов видеоклип предлага интерактивен полет през милиони галактики, картографирани благодарение на координатните данни на DESI.

Данните от DESI ще бъдат употребявани за допълнение на бъдещи проучвания на небето, като да вземем за пример обсерваторията „ Вера К. Рубин “ и галактическия телескоп „ Нанси Грейс Роман “. Както и за подготовка за вероятно надграждане на DESI (DESI-II), което беше предложено в скорошен отчет на Групата за установяване на целите на американските планове в региона на физиката на частиците.

„ Намираме се в златната епоха на космологията: към този момент се организират и следва да стартират огромни проучвания. Разработват се нови техники, с цел да се употребяват по най-хубавия метод тези набори от данни„, споделя Арно дьо Матиа, откривател във Френската комисия за различни сили и атомна сила (CEA). Той е един от ръководителите на екипа на DESI, който интерпретира космологичните данни.

„ Всички ние сме доста заинтригувани да забележим дали новите данни ще потвърдят характерностите, които видяхме в извадката от първата година, и ще разберем по-добре динамичността на нашата Вселена “, сподели още той.

каза още той.