Кредит изображения: SDSS
С момента открытия несколько лет назад таинственной силы, называемой темной энергией, которая, кажется, ускоряет Вселенную, астрономы искали дополнительные доказательства, чтобы поддержать или опровергнуть эту теорию. Астрономы из Sloan Digital Sky Survey обнаружили колебания космического фонового излучения, которые соответствуют отталкивающему влиянию темной энергии.
Ученые из Sloan Digital Sky Survey объявили об открытии независимых физических доказательств существования темной энергии.
Исследователи обнаружили отпечаток темной энергии, сопоставив миллионы галактик в Слоановском цифровом обзоре неба (SDSS) и картах космической микроволновой фоновой температуры с помощью Уилкинсоновского микроволнового зонда анизотропии (WMAP). Исследователи обнаружили «тень» темной энергии на древнем космическом излучении, реликт охлажденного излучения Большого взрыва.
Благодаря сочетанию результатов этих двух больших обзоров неба, это открытие предоставляет физические доказательства существования темной энергии; результат, дополняющий более раннюю работу по ускорению Вселенной, измеряемую по далеким сверхновым. Наблюдения на воздушном шаре Наблюдения миллиметрового внегалактического излучения и геофизики (BOOMERANG) космического микроволнового фона (CMB) также были частью более ранних результатов.
Темная энергия, главный компонент вселенной и одна из величайших загадок в науке, гравитационно отталкивающая, а не привлекательная. Это приводит к ускорению расширения вселенной, в отличие от притяжения обычной (и темной) материи, что может привести к ее замедлению.
«В плоской вселенной эффект, который мы наблюдаем, возникает только в том случае, если у вас есть вселенная с темной энергией», - объяснил ведущий исследователь доктор Райан Скрантон из факультета физики и астрономии Университета Питтсбурга. «Если бы вселенная состояла только из материи и все еще была плоской, этот эффект не существовал бы».
«Поскольку фотоны из космического микроволнового фона (CMB) путешествуют к нам через 380 000 лет после Большого взрыва, они могут испытывать ряд физических процессов, в том числе интегрированный эффект Сакса-Вольфа. Этот эффект является отпечатком или тенью темной энергии на микроволнах. Эффект также измеряет изменения температуры космического микроволнового фона из-за влияния гравитации на энергию фотонов », - добавил Скрантон.
Это открытие является «физическим обнаружением темной энергии и очень дополняет другие обнаружения темной энергии», - добавил доктор Боб Никол, сотрудник SDSS и доцент физики в университете Карнеги-Меллона в Питтсбурге. Никол сравнил эффект Integrated Sachs-Wolfe с тем, что смотрит на человека, стоящего перед солнечным окном: «Вы просто видите их очертания и можете узнать их по этой информации. Точно так же сигнал, который мы видим, имеет правильный контур (или тень), который мы ожидаем от темной энергии », - сказал Никол.
«В частности, цвет сигнала такой же, как и цвет космического микроволнового фона, доказывая, что он имеет космологическое происхождение и не вызывает раздражающего загрязнения», - добавил Никол.
«Эта работа дает физическое подтверждение того, что необходима темная энергия для одновременного объяснения как данных CMB, так и SDSS, независимо от работы сверхновых. Такие перекрестные проверки жизненно необходимы в науке », - добавил Джим Ганн, научный сотрудник SDSS и профессор астрономии в Принстонском университете.
Доктор Эндрю Коннолли из Университета Питтсбурга объяснил, что фотоны, исходящие от космического микроволнового фона, проходят через множество концентраций галактик и темной материи. Когда они падают в гравитационный колодец, они получают энергию (как шар, катящийся вниз по склону). Когда они выходят, они теряют энергию (снова как мяч, катящийся в гору). Фотографические изображения микроволн становятся более синими (то есть более энергичными), когда они падают к этим концентрациям сверхскопления, и затем становятся более красными (то есть менее энергичными), когда они удаляются от них.
«Во вселенной, состоящей в основном из нормальной материи, можно ожидать, что суммарный эффект красных и синих сдвигов будет отменен. Однако в последние годы мы находим, что большинство вещей в нашей вселенной ненормально в том смысле, что они гравитационно отталкивающие, а не притягивающие гравитацию », - объяснил Альберт Стеббинс, ученый из Национальной лаборатории ускорителей Астрофизики NASA / Fermilab, сотрудничающей с SDSS. учреждение. «Это ненормальное, что мы называем темной энергией».
Сотрудник SDSS Коннолли сказал, что если глубина гравитационной ямы уменьшается, когда фотон проходит через нее, то фотон выйдет с немного большей энергией. «Если бы это было правдой, то мы ожидали бы увидеть, что фоновая космическая микроволновая температура немного выше в регионах с большим количеством галактик. Это именно то, что мы нашли ».
Стеббинс добавил, что ожидаемое чистое изменение энергии от одной концентрации массы составляет менее одной части на миллион, и исследователям пришлось посмотреть на большое количество галактик, прежде чем они могли ожидать увидеть эффект. Он сказал, что результаты подтверждают, что темная энергия существует в относительно небольших массовых концентрациях: всего 100 миллионов световых лет в поперечнике, где ранее наблюдаемые эффекты темной энергии были в масштабе 10 миллиардов световых лет в поперечнике. Уникальным аспектом данных SDSS является его способность точно измерять расстояния до всех галактик на основе фотографического анализа их фотометрических красных смещений. «Следовательно, мы можем наблюдать, как отпечаток этого эффекта на CMB растет в зависимости от возраста вселенной», - сказал Коннолли. «В конце концов мы сможем определить природу темной энергии по измерениям, подобным этим, хотя это немного в будущем».
«Чтобы сделать вывод, что темная энергия существует, мы должны только предположить, что вселенная не изогнута. После того, как результаты микроволнового анизотропного зонда Уилкинсона появились (в феврале 2003 года), это стало общепринятым предположением », - пояснил Скрантон. «Это невероятно захватывающе. Мы не знали, сможем ли мы получить сигнал, поэтому мы потратили много времени на проверку данных на предмет загрязнения из нашей галактики или других источников. Получать результаты так же сильно, как и раньше, было чрезвычайно приятно ».
Открытия были сделаны в 3400 квадратных градусах неба, обследованных SDSS.
«Эта комбинация космических микроволновых и наземных оптических данных дала нам новое окно в свойства темной энергии», - сказал Дэвид Спергель, космолог из Принстонского университета и член научной группы WMAP. «Объединив данные WMAP и SDSS, Скрантон и его сотрудники показали, что темная энергия, какой бы она ни была, не притягивается гравитацией даже в больших масштабах, измеренных Слоанским цифровым обзором неба.
«Это важный совет для физиков, пытающихся понять таинственную темную энергию», - добавил Спергель.
В дополнение к основным исследователям Скрентон, Коннолли, Никол и Стеббинс, Иштаван Сапуди из Гавайского университета способствовал исследованию. В анализ также вовлечены Нияеш Афшорди из Принстонского университета, Макс Тегмарк из Пенсильванского университета и Дэниел Эйзенштейн из Аризонского университета.
О СЛОАНЕ ЦИФРОВОМ ОБЗОРЕ (SDSS)
Слоанское цифровое небесное обозрение (sdss.org) детально отобразит четверть всего неба, определив положение и абсолютную яркость 100 миллионов небесных объектов. Он также будет измерять расстояния до более чем миллиона галактик и квазаров. Консорциум астрофизических исследований (ARC) управляет обсерваторией Apache Point, местом расположения телескопов SDSS.
SDSS является совместным проектом Чикагского университета, Фермилаба, Института перспективных исследований, Японской группы участия, Университета Джона Хопкинса, Лос-Аламосской национальной лаборатории, Института астрономии им. Макса Планка (MPIA), Макса. Планковский институт астрофизики (MPA), Университет штата Нью-Мексико, Университет Питтсбурга, Принстонский университет, Военно-морская обсерватория США и Вашингтонский университет.
Финансирование проекта было предоставлено Фондом Альфреда П. Слоана, участвующими учреждениями, Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства, Национальным научным фондом, Министерством энергетики США, Японским обществом Монбукагакушо и обществом Макса Планка.
МИКРОВОЛНОВОЙ АНИЗОТРОПНЫЙ ЗОНД WILKINSON (WMAP) - это миссия НАСА, созданная в сотрудничестве с Принстонским университетом и Центром космических полетов Годдарда для измерения температуры космического фонового излучения, остаточного тепла Большого взрыва. Миссия WMAP выявляет условия, существовавшие в ранней вселенной, путем измерения свойств космического микроволнового фонового излучения над полным небом. (Http://map.gsfc.nasa.gov)
Источник: выпуск новостей SDSS
