Опубліковано результати аналізу даних, зібраних за перший рік спостережень у рамках огляду DESI. Цю точну карту галактик створюють для вивчення еволюції Всесвіту – зокрема, його розширення під впливом гіпотетичної темної енергії. І, судячи з вкрай попередніх результатів, темна енергія слабшає.
DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) – найпотужніший на сьогодні спектрометр, здатний збирати дані одразу за кількома об’єктами. П’ять тисяч маленьких “роботів” направляють його “очі” на заздалегідь обрані галактики. Так всього за 20 хвилин інструмент встигає проаналізувати нову порцію з п’яти тисяч галактик. За ніч DESI може виміряти спектр 100 тисяч галактик. Площа його огляду – третина неба.
Телескоп розпочав роботу 2021 року, і за п’ять років роботи огляд збере дані щодо 37 мільйонів галактик і трьох мільйонів квазарів. У понад 10 статтях, викладених на порталі arXiv, учені представили результати аналізу даних за перший рік спостережень.
Важлива відмінність проєкту DESI – повністю “сліпий аналіз” даних. Розробляючи код для аналізу, вчені працюють зі зміненими даними спостережень. Лише потім готовий код застосовують на “чисті” дані. Такий підхід допомагає уникнути ненавмисної упередженості.
Світло від найдальших об’єктів на новій карті йшло до Землі від восьми до 11 мільярдів років. Їхній спектр вдалося зібрати з рекордною точністю – 0,82%. Середня точність даних – 0,5%. Виходить, DESI вже вдвічі точніший у вимірюванні швидкості розширення Всесвіту, ніж його попередник – огляд BOSS, проведений у рамках Слоунівського огляду.
Розширення Всесвіту – болюча тема для космології. Ще кілька десятиліть тому більшість учених вважали, що з часом сили гравітаційної взаємодії мають уповільнити розширення Всесвіту. Але 1998 року фізики виявили, що найвіддаленіші наднові тьмяніші, ніж мають бути, виходячи з їхнього червоного зсуву. Якби розширення сповільнювалося, далекі наднові були б яскравішими. Так виникла гіпотеза про темну енергію, що протистоїть тяжінню і здатна прискорювати розширення Всесвіту, навіть незважаючи на темну матерію, яка тяжінню “допомагає”.
Тож, щоб розібратися в темній енергії, вчені хочуть зрозуміти, як розширювався Всесвіт. Зробити це можна за баріонними акустичними осциляціями (БАО) – “брижами” в розподілі матерії в масштабах усього космосу. Ці флуктуації – спадщина з часів, коли Всесвіт був морем плазми. Найменші взаємодії створювали в ньому “брижі”, як камінчики, кинуті у воду, тільки в тривимірному просторі – такі собі бульбашки.
Всесвіт охолоджувався і розширювався, і застиглі “бульбашки” БАО розширювалися разом із ним – уже не у формі перепадів щільності плазми, а у формі розподілу по Всесвіту матерії, тобто галактик. Збираючи дані про галактики, DESI дає вченим можливість виміряти БАО в різні епохи Всесвіту.
Діаграма БАО “бульбашок” у різні епохи Всесвіту за даними DESI. Прямою лінією вказано розмір “бульбашок”, передбачений стандартною космологічною моделлю. Пунктирною лінією показано розмір “бульбашок”, якщо припустити, що темна енергія змінювалася. На нижній шкалі зліва направо підписані мільярди років у минуле від нуля (Земля) до 11 мільярдів років (ранній Всесвіт) / © Arnaud de Mattia/DESI Collaboration
Поки вчені розділили дані DESI на сім епох. “Близько” до нас вони аналізували розподіл звичайних галактик. Що далі, то їхнє світло тьмяніше, тому для аналізу БАО в ранньому Всесвіті дослідники використовували квазари.
На шляху між нами і далекими квазарами є безліч скупчень матерії, які ми не бачимо, зате вони поглинають світло квазарів, що пролітає крізь них. Не все, а конкретних фрагментів спектра, що відповідають водню. Ці характерні сліди поглинання в спектрі далеких об’єктів називають “лісом Лайман-альфа”. Так карту БАО в ранньому Всесвіті вчені будували за спектром 450 тисяч квазарів (після завершення огляду DESI у них буде вже три мільйони квазарів).
Загалом результати першого року спостережень узгоджуються зі стандартною космологічною моделлю ?CDM. Але самі по собі дані DESI не дають змоги точно виміряти еволюцію темної енергії. Для підвищення точності вчені взяли дані досліджень наднових і з їхньою допомогою перевірили іншу гіпотезу – що темна енергія непостійна.
Виявилося, дані DESI краще узгоджуються з гіпотезою про темну енергію, що змінюється з часом. Щоправда, стандартне відхилення отриманих результатів не досягло “золотого стандарту”. У науці “золотим стандартом” для відкриття вважається відхилення більше п’яти сигм (вони дорівнюють 99,9999 відсотка ймовірності). Тут же залежно від бази даних щодо наднових у авторів вийшло: 2,5 сигми, 3,5 сигми і 3,9 сигми.