В 1929 году Эдвин Хаббл навсегда изменил наше понимание космоса, показав, что Вселенная находится в состоянии расширения. К 1990-м годам астрономы определили, что скорость, с которой он расширяется, фактически ускоряется, что, в свою очередь, привело к теории «темной энергии». С того времени астрономы и физики пытались определить существование этой силы, измеряя влияние, которое она оказывает на космос.
Самым последним в этих усилиях является Sloan Digital Sky Survey III (SDSS III), где международная команда исследователей объявила, что они завершили создание самых точных измерений Вселенной на сегодняшний день. Известный как спектроскопическое исследование колебаний барионов (BOSS), их измерения наложили новые ограничения на свойства темной энергии.
Новые измерения были представлены астрономом Гарвардского университета Даниэлем Эйзенштейном на недавнем заседании Американского астрономического общества. Как директор Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), он и его команда провели последние десять лет, измеряя космос и периодические колебания плотности нормальной материи, чтобы увидеть, как галактики распределены по всей Вселенной.
И после десятилетия исследований команда BOSS смогла создать трехмерную карту космоса, которая охватывает более шести миллиардов световых лет. И в то время как другие недавние исследования смотрели дальше - на расстояние до 9 и 13 миллиардов световых лет - карта BOSS уникальна тем, что может похвастаться высочайшей точностью среди всех космологических карт.
Фактически, команда BOSS смогла измерить распределение галактик в космосе на расстоянии 6 миллиардов световых лет с беспрецедентной погрешностью в 1%. Определить природу космических объектов на больших расстояниях непросто из-за влияния относительности. Как сказал доктор Эйзенштейн Space Magazine по электронной почте:
«Расстояния - давняя проблема в астрономии. В то время как люди часто могут судить о расстоянии из-за нашего бинокулярного зрения, галактики за пределами Млечного Пути слишком далеко, чтобы использовать это. А поскольку галактики имеют широкий диапазон внутренних размеров, трудно судить об их расстоянии. Это как смотреть на далекую гору; суждение о его расстоянии связано с суждением о его высоте ».
В прошлом астрономы делали точные измерения объектов в локальной вселенной (то есть планет, соседних звезд, звездных скоплений), полагаясь на все, от радара до красного смещения - степень, с которой длина волны света смещается к красному концу спектр. Однако чем больше расстояние от объекта, тем выше степень неопределенности.
И до сих пор только объекты, которые находятся на расстоянии нескольких тысяч световых лет от Земли, то есть в галактике Млечный путь, измеряли свои расстояния с точностью до одного процента погрешности. Как самый большой из четырех проектов, составляющих Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), BOSS отличается тем, что он опирается главным образом на измерение так называемых «барионных акустических колебаний» (BAO).
Это по существу тонкие периодические колебания в распределении видимой барионной (то есть нормальной) материи в космосе. Даниэль Эйзенштейн объяснил:
«БОСС измеряет расширение Вселенной двумя основными способами. Первый заключается в использовании барионных акустических колебаний (отсюда и название обследования). Звуковые волны, распространяющиеся в первые 400 000 лет после Большого взрыва, создают предпочтительную шкалу для разделения пар галактик. Измеряя это предпочтительное разделение в образце многих галактик, мы можем вывести расстояние до образца.
«Второй метод состоит в том, чтобы измерить, как кластеризация галактик отличается между парами, ориентированными вдоль линии обзора, по сравнению с поперек линии обзора. Расширение Вселенной может сделать эту кластеризацию асимметричной, если использовать неправильную историю расширения при преобразовании красных смещений в расстояние ».
С помощью этих новых высокоточных измерений расстояния астрономы BOSS смогут изучать влияние Темной Материи с гораздо большей точностью. «Различные модели темной энергии различаются по тому, как ускоряется расширение Вселенной с течением времени», - сказал Эйзенштейн. «BOSS измеряет историю расширения, что позволяет нам вывести скорость ускорения. Мы находим результаты, которые в значительной степени согласуются с предсказаниями модели космологической постоянной, то есть модели, в которой темная энергия имеет постоянную плотность во времени ».
В дополнение к измерению распределения нормальной материи для определения влияния Темной энергии, SDSS-III Collaboration работает над картированием Млечного Пути и поиском внесолнечных планет. Измерения BOSS подробно описаны в серии статей, которые были представлены в журналы сотрудниками BOSS в прошлом месяце, и все они теперь доступны онлайн.
И БОСС - не единственная попытка понять масштабную структуру нашей Вселенной и то, как все ее таинственные силы сформировали ее. Буквально в прошлом месяце профессор Стивен Хокинг объявил, что суперкомпьютерный центр COSMOS в Кембриджском университете создаст самую подробную 3D-карту Вселенной на сегодняшний день.
Опираясь на данные, полученные с помощью данных CMB, полученных спутником ESA Planck, и информации из Обзора темной энергии, они также надеются измерить влияние темной энергии на распределение вещества в нашей Вселенной. Кто знает? Через несколько лет мы вполне можем прийти к пониманию того, как все фундаментальные силы, управляющие Вселенной, работают вместе.
