Тёмноэнергетический обзор опубликовал результаты шестилетних исследований: данные о 669 миллионах галактик помогают ограничить ускоренное расширение Вселенной

4 августа проект Тёмноэнергетический обзор (DES) опубликовал результаты шестилетних исследований тёмной энергии. В рамках проекта было подготовлено 18 научных статей, основанных на почти 300 тысячах астрономических изображений, полученных в период с 2013 по 2019 год, в которых зафиксирована информация о 669 миллионах галактик, тысячах скоплений галактик и более чем 3000 сверхновых для изучения ускоренного расширения Вселенной и эволюции её крупномасштабной структуры.

Для реализации DES Фермилаб создал чрезвычайно чувствительную цифровую камеру DECam с разрешением 570 мегапикселей, установленную на 4-метровом телескопе Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо Национального научного фонда США, расположенной в Андах Чили. (Фото предоставлено Reidar Hahn/Ферми национальная ускорительная лаборатория.)

Считается, что тёмная энергия составляет около 70% состава Вселенной и является невидимой силой, движущей ускоренное расширение Вселенной. Поскольку её невозможно непосредственно сфотографировать, учёные в основном исследуют её через влияние на историю расширения Вселенной и рост крупномасштабной структуры. Результаты DES показывают, что тёмная энергия ведёт себя как стабильная неизменная сила, которую в физике называют “космологической постоянной”; история расширения Вселенной согласуется со стандартной космологической моделью, согласно которой Вселенная примерно на 70% состоит из тёмной энергии, на 25% из тёмной материи и на 5% из обычной материи.

DES проводил наблюдения с помощью 570-мегапиксельной камеры тёмной энергии (DECam), установленной на 4-метровом телескопе Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили. DECam была создана под руководством Ферми национальной ускорительной лаборатории, Аргоннская национальная лаборатория участвовала в примерно 20% механических работ и проектирования камеры, включая систему управления камерой, систему управления затвором, а также систему охлаждения для стабилизации приборов с зарядовой связью (ПЗС).

В плане научной поддержки Аргоннская национальная лаборатория использовала свой усовершенствованный источник фотонов (APS) — синхротронный рентгеновский источник света — для детальной характеризации ПЗС-датчиков изображения DECam с целью проверки их однородности. ПЗС-датчики имеют решающее значение для получения стабильных и чётких изображений далёких тусклых галактик, что напрямую влияет на точность измерений слабого гравитационного линзирования.

Слабое гравитационное линзирование — один из важных методов наблюдения DES. Этот метод позволяет реконструировать распределение невидимой материи, измеряя малые искажения света далёких галактик при его прохождении через космическую сеть материи. Аргоннская национальная лаборатория также возглавила анализ слабого гравитационного линзирования в рамках DES и участвовала в разработке метода “метадетекции”, который моделирует изменения сигнала сдвига слабого гравитационного линзирования с использованием реальных данных обзора, что позволяет снизить инструментальные погрешности и повысить точность измерений.

В сотрудничестве DES участвуют более 400 астрофизиков из 35 учреждений в 7 странах. Проект комплексно использует четыре типа методов наблюдения: барионные акустические осцилляции, сверхновые типа Ia, скопления галактик и слабое гравитационное линзирование, и является первым обзорным проектом, который одновременно применяет все четыре типа методов в рамках одной скоординированной программы.

Полученные результаты также заложат методологическую основу для исследований тёмной энергии следующего поколения. Обзор “Наследие пространства и времени” (LSST), поддерживаемый Национальным научным фондом США и Министерством энергетики США и проводимый на обсерватории имени Веры Рубин в Чили, начал полномасштабную работу в июне и планирует сделать миллионы изображений южного неба в течение десяти лет. Учёные Аргоннской национальной лаборатории продолжат участие в разработке инструментов анализа данных и теоретических моделей LSST для продвижения исследований тёмной энергии и тёмной материи.