За астрономите няма по-добро чувство от постигането на първа светлина“

За астрономите няма по-добро възприятие от постигането на „ първа светлина “ с нов инструмент или телескоп. Това е кулминационната точка на години на подготовка и създаване на нов хардуер, който за първи път събира светлинни частици от астрономически обект.

На 22 октомври спектроскопичният инструмент за тъмна сила (DESI) на телескопа Mayall в Аризона, Съединени американски щати, реализира „ първа светлина “. Това е голям скок в способността да се мерят дистанциите на галактиката – което разрешава нова епоха на картографиране на структурите във Вселената.

Както демонстрира името му, DESI може би е от основно значение за решение на един от най-големите въпроси във физиката: каква е тайнствената мощ, наречена „ тъмна сила “, която съставлява 70% от Вселената?

Галактиките живеят дружно в групи от няколко до десетки. Има и скупчвания от няколко стотици до няколко хиляди галактики, образуващи супер-клъстери. Тази подчиненост на Вселената е известна от първите карти получени от пионерното изследване на Центъра за астрофизика (CfA) Redshift. Тези поразителни изображения дадоха първи взор на огромните структури във Вселената, някои обхващащи стотици милиони светлинни години.

Проучването на CfA е било много трудоемко, изграждащо картата на Вселената вселена по вселена. Това включва премерване на спектъра на светлината в галактиката – делене на светлината по дължина на вълната или по цвят – и идентифициране на отпечатъците на някои химически детайли (най-вече водород, азот и кислород).

Тези химични подписи се пренасочват систематично към по-дълги дължини на вълната, дължащи се на разширението на Вселената. Това „ алено изместване “ беше намерено за първи път от астронома Весто Слипър и породи в този момент известния Закон на Хъбъл – наблюдението, че по-далечните галактики наподобява се отдалечават с по-бързи темпове. Това значи, че галактиките, които са наоколо, наподобява се отдалечават относително по-бавно спрямо по-далечните. Следователно измерването на аленото изместване на дадена вселена е метод за премерване на дистанцията до нея.

Най-важното е, че точната връзка сред аленото изместване и дистанцията зависи от историята на разширение на Вселената, която може да се пресметна теоретично благодарение на доктрина за гравитацията и догатките за материята и енергийната компактност на Вселената.

Всички тези догатки в последна сметка бяха тествани при започване на века с комбинацията от нови наблюдения на Вселената, в това число нови триизмерни карти от по-големи червени измествания. По-специално, Sloan Digital Sky Survey (SDSS) е първият профилиран телескоп за алено изместване, който мери над милион червени измествания на галактиката, като картографира широкомащабната конструкция във Вселената до невиждани елементи.

SDSS картите включват стотици супер-клъстери и влакна и помогнаха да се направи ненадейно изобретение, засягащо тъмната сила. Те демонстрираха, че плътността на материята във Вселената е доста по-малка от предстоящата от галактическия микровълнов декор, който е светлината, останала от Големия гърмеж. Това означаваше, че би трябвало да има незнайна субстанция, наречена тъмна сила, която да форсира разширението на Вселената и да става все по-лишена от материя.

Комбинацията от всички тези наблюдения разгласи нова епоха на космологичното схващане за Вселена, състояща се от 30% материя и 70% тъмна сила. Но макар обстоятелството, че множеството физици в този момент са приели, че съществува такова нещо като тъмна сила, никой към момента не знае точната му форма.

Предположенията са, че съществуват няколко благоприятни условия. Много откриватели считат, че силата на вакуума просто има някаква избрана стойност, наречена „ космологична константа “. Други варианти включват опцията голямата сполучлива доктрина на гравитацията на Айнщайн да е непълна, когато се ползва в големия мащаб на цялата Вселена.

Нови принадлежности като DESI, ще оказват помощ да се направи идната стъпка в разрешаването на мистерията. Той ще мери десетки милиони космически червени измествания, обхващащи голям размер от Вселената, стигащ до 10 милиарда светлинни години от Земята. Такава удивителна, подробна карта би трябвало да може да отговори на няколко основни въпроса по отношение на тъмната сила и основаването на широкомащабните структури във Вселената.

Например, би трябвало да може да каже дали тъмната сила е просто космологична константа. За задачата тя ще мери съотношението на налягане, което тъмната сила оказва върху Вселената, към силата на единица размер. Ако тъмната сила е космологична константа, това съответствие би трябвало да бъде непрекъснато, както в галактическото време, по този начин и в местоположението. При други пояснения обаче това съответствие би варирало. Всяко напътствие, че не е константа, би било революционно и би провокирало интензивна теоретична работа.

DESI също би трябвало да може да ограничи и даже да убие доста теории за модифицирана гравитация, като вероятно ще даде изрично удостоверение на теорията на общата релативност на Айнщайн в най-големите мащаби. Или противоположното – и още веднъж това би провокирало гражданска война в теоретичната физика.

Друга значима доктрина, която ще бъде тествана с DESI, е Инфлацията, която планува, че дребни инцидентни квантови съмнения на енергийната компактност в първичната Вселена са били експоненциално разширени през къс интервал на натоварен напредък, с цел да се трансфорат в семената на огромните структури, които виждаме през днешния ден.

DESI е единствено една от няколкото задачи и опити от последващо потомство, за проучване на тъмна сила, идващи през идващото десетилетие, тъй че сигурно има причина за оптимизъм, че скоро може да бъде позволена тайната на тъмната сила. Нови сателитни задачи като Евклид и солидни наземни обсерватории като Големия телескоп за синоптични проучвания също ще оферират прозрения.

Ще има и други принадлежности за разбор на алено изместване, сходни на DESI, в това число 4MOST в Европейската южна обсерватория. Заедно те ще обезпечат разбор и вписване на стотици милиони червени измествания по цялото небе, водещи до невъобразима карта на Космоса.