Схематическое изображение новой трехмерной карты SDSS. нажмите, чтобы увеличить
Астрономы из Калифорнийского университета в Беркли создали самую полную трехмерную карту Вселенной из когда-либо опубликованных. Он содержит 600 000 галактик и простирается на 5,6 миллиардов световых лет в космос. Эта карта позволяет астрономам изучать доказательства существования темной энергии - таинственной силы, ускоряющей расширение Вселенной.
Команда астрономов во главе с Нихилом Падманабханом и Дэвидом Шлегелем опубликовала самую большую трехмерную карту Вселенной, когда-либо созданную, клиновидную часть космоса, которая охватывает десятую часть северного неба, охватывает 600 000 уникально светящихся красных галактик, и простирается на 5,6 миллиардов световых лет вглубь космоса, что эквивалентно 40 процентам пути назад во времена Большого взрыва.
Шлегель является научным сотрудником физического отдела Национальной лаборатории им. Лоуренса Беркли, а Падманабхан присоединится к физическому отделу лаборатории в качестве стипендиата-камергера и научного сотрудника Хаббла в сентябре; в настоящее время он в Принстонском университете. Они и их соавторы являются членами Sloan Digital Sky Survey (SDSS) и ранее создали трехмерные карты меньшего размера с использованием телескопа SDSS в Нью-Мексико, чтобы тщательно собирать спектры отдельных галактик и рассчитывать их расстояния путем измерения их красных смещений.
«Что нового в этой карте, так это то, что она самая большая за всю историю, - говорит Падманабхан, - и она не зависит от отдельных спектров».
По словам Падманабхана, основным мотивом создания крупномасштабных трехмерных карт является понимание того, как материя распространяется во вселенной. «Самые яркие галактики похожи на маяки - где свет, там где материя».
Шлегель говорит, что «поскольку эта карта охватывает гораздо большие расстояния, чем предыдущие карты, она позволяет нам измерять структуры размером в миллиард световых лет».
Изменения в распределении галактик, которые составляют видимые крупномасштабные структуры, непосредственно происходят от изменений температуры космического микроволнового фона, отражая колебания в плотной ранней Вселенной, которые были измерены с большой точностью с помощью экспериментов на воздушном шаре и спутника WMAP.
В результате получается естественная «линейка», образованная регулярными вариациями (иногда называемыми «барионными колебаниями», с барионами в качестве сокращения для обычной материи), которые повторяются с интервалами около 450 миллионов световых лет.
«К сожалению, это линейка неудобных размеров, - говорит Шлегель. «Мы должны были отобрать огромный объем вселенной только для того, чтобы вместить в себя правителя».
Падманабхан говорит: «Хотя Вселенной 13,7 миллиарда лет, на самом деле это не так много времени, когда вы измеряете с помощью линейки, отмеченной только каждые 450 миллионов световых лет».
Распределение галактик показывает много вещей, но одна из самых важных - мера таинственной темной энергии, которая составляет приблизительно три четверти плотности вселенной. (Темная материя составляет примерно еще 20 процентов, в то время как менее 5 процентов - это обычная материя, которая делает видимыми галактики.)
«Темная энергия - это просто термин, который мы используем для наблюдения за расширением Вселенной, - отмечает Падманабхан. «Посмотрев, где были изменения плотности во время космического микроволнового фона» - всего лишь через 300 000 лет после Большого взрыва - «и увидев, как они эволюционируют в карту, охватывающую последние 5,6 млрд. Лет, мы можем увидеть, соответствуют ли наши оценки темной энергии верны.
Новая карта показывает, что крупномасштабные структуры действительно распределены так, как это могут предложить современные идеи об ускоренном расширении Вселенной. Предполагаемое на карте распределение темной материи, которая, хотя и невидимая, подвержена влиянию гравитации, как и обычная материя, также соответствует текущему пониманию.
То, что сделало возможной большую новую трехмерную карту, было широкоугольным телескопом Sloan Digital Sky Survey, который охватывает поле зрения в три градуса (полная луна составляет около половины градуса), а также выбор определенного вида галактики. «Маяк» или маркер расстояния: светящиеся красные галактики.
«Это мертвые красные галактики, одни из старейших во вселенной, в которых все быстро горящие звезды давно сгорели, и остались только старые красные звезды», - говорит Шлегель. «Это не только самые красные галактики, но и самые яркие, видимые на больших расстояниях».
Астрономы Sloan Digital Sky Survey работали с коллегами в австралийской команде по изучению двух степеней, чтобы усреднить цвет и красное смещение образца из 10 000 красных светящихся галактик, соотнося цвет галактики с расстоянием. Затем они применили эти измерения к 600 000 таких галактик, чтобы построить свою карту.
Падманабхан признает, что «существует статистическая неопределенность в применении отношения яркости к расстоянию, полученного из 10 000 красных светящихся галактик, ко всем 600 000 без их индивидуального измерения. Игра, в которую мы играем, у нас так много, что средние значения все еще дают нам очень полезную информацию об их распределении. И без необходимости измерять их спектры, мы можем смотреть намного глубже в космос ».
Шлегель согласен с тем, что исследователи далеки от достижения желаемой точности. «Но мы показали, что такие измерения возможны, и мы установили отправную точку для стандартного правителя развивающейся вселенной».
Он говорит: «Следующим шагом является создание точного эксперимента, возможно, на основе модификаций телескопа SDSS. Мы работаем с инженерами в лаборатории Беркли, чтобы изменить дизайн телескопа и сделать то, что мы хотим ».
«Кластеризация светящихся красных галактик в данных цифровой съемки неба Слоана», Нихил Падманабхан, Дэвид Дж. Шлегель, Урос Селяк, Алексей Макаров, Нета А. Бахколл, Майкл Р. Блантон, Джонатан Бринкманн, Даниэль Дж. Эйзенштейн, Дуглас П. Финкбейнер, Джеймс Э. Ганн, Дэвид У. Хогг, Бфельджко Ивезич, Джиллиан Р. Кнапп, Джон Лавдей, Роберт Х. Луптон, Роберт С. Никол, Дональд П. Шнайдер, Майкл А. Штраус, Макс Тегмарк и Дональд Дж. Йорк появятся в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества и теперь доступны в Интернете по адресу http://arxiv.org/archive/astro-ph.
SDSS находится в ведении Консорциума астрофизических исследований участвующих учреждений, таких как Американский музей естественной истории, Астрофизический институт Потсдама, Базельский университет, Кембриджский университет, Университет Case Western Reserve, Университет Чикаго, Университет Дрекселя, Фермилаб, Институт Advanced Study, Японская группа с участием, Университет Джона Хопкинса, Объединенный институт ядерной астрофизики, Институт астрофизики и космологии частиц им. Кавли, Корейская группа ученых, Академия наук Китая (LAMOST), Лос-Аламосская национальная лаборатория, Макс. Институт астрономии им. Планка (MPIA), Институт астрофизики им. Макса Планка (MPA), Университет штата Нью-Мексико, Университет штата Огайо, Университет Питтсбурга, Университет Портсмута, Принстонский университет, Военно-морская обсерватория США и Университет Вашингтон
Финансирование SDSS обеспечивается Фондом Альфреда П. Слоана, участвующими учреждениями, Национальным научным фондом, Министерством энергетики США, Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства, Японским Monbukagakusho, Обществом Макса Планка и Советом по финансированию высшего образования для Англия. Посетите веб-сайт SDSS по адресу http://www.sdss.org/.
Berkeley Lab - национальная лаборатория Министерства энергетики США, расположенная в Беркли, Калифорния. Он проводит несекретные научные исследования и управляется Калифорнийским университетом. Посетите наш сайт по адресу http://www.lbl.gov.
Первоначальный источник: Berkeley Lab
