Наукові результати, отримані під час виконання Огляду темної енергії (Dark Energy Survey, DES) представлені на науковому семінарі 27 травня 2021 року й описані в двадцяти дев’ятьох статтях, доступних для перегляду в Інтернет-сховищі arXiv та на веб-сайті Dark Energy Survey. Завдяки DES вдалося отримати найбільші в історії астрономії мапи розподілу і форм галактик, що охоплюють космічний простір на понад 7 мільярдів світлових років і які астрономи спостерігали майже на восьмій частині небесної сфери.
Дуже точний аналіз, що спирається на дані перших трьох років огляду, дав змогу зробити сильний тест найкращій на тепер моделі Всесвіту, стандартній космологічній моделі. Однак попередні дані DES та інші спостереження вказують на те, що матерія у Всесвіті нині на кілька відсотків менш скупчена, ніж передбачалося.
Огляд темної енергії отримує знімки нічного неба за допомогою 570-мегапіксельної Камери темної енергії (Dark Energy Camera), встановленої на 4-метровому телескопі Віктора М. Бланко Національного наукового фонду (National Science Foundation, NSF) в Міжамериканській обсерваторії Серро Тололо (Cerro Tololo Inter-American Observatory, CTIO) в Чилі. Ці дослідження належать до програми NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) NSF. Камера темної енергії, одна з найпотужніших цифрових камер у світі, була розроблена спеціально для DES. Її розробку фінансувало Міністерством енергетики США, а виготовлення і тестування забезпечила Національна прискорювальна лабораторія імені Енріко Фермі (Fermilab).
На зображенні ліворуч видно зсередини підкупольного простору 4-метровий телескоп Віктора М. Бланко в Міжамериканській обсерваторії Серро Тололо. Дослідження Темної Енергії сфотографувало нічне небо За допомогою 570-мегапіксельної Камери темної енергії, встановленої на цьому телескопі, виконано Огляд темної енергії.Праворуч на зображенні показано Камеру Огляду темної енергії(Dark Energy Survey camera, DECam) у чистому приміщенні. Камера була розроблена спеціально для дослідження темної енергії. Фото з сайту https://noirlab.edu.
Протягом шести років, з 2013 по 2019 рік, DES використав 30% часу на телескопі Бланко та обстежив 5000 квадратних градусів — майже одну восьму всього неба — за 758 ночей спостережень, каталогізуючи сотні мільйонів об’єктів. Оголошені наприкінці весни 2021 р. результати — це дані про 226 мільйонів галактик, які спостерігали за перші три роки огляду протягом 345 ночей з метою отримати найбільші й найточніші мапи розподілу галактик у Всесвіті на відносно недалеких відстанях від Землі. Дані DES обробляли в Національному центрі суперкомп’ютерних технологій при Іллінойському університеті в Урбана-Шампейн.
«NOIRLab є гордим господарем і учасником колаборації DES», — сказав Стів Гіткот (Steve Heathcote), заступник директора CTIO. «Як під час, так і після огляду, Камера темної енергії була популярним вибором серед астрономічної громади та чилійських астрономів».
Нині Камеру темної енергії використовують для виконання програм, що охоплюють різні галузі астрономії, зокрема космологію. Науковий архів DES, зокрема й випуск даних DES 2, на якому базуються ці нові результати, курирує Центр наукових досліджень та обробки даних (Community Science and Data Center, CSDC), що є програмою NOIRLab NSF. CSDC надає програмні системи, послуги користувача, забезпечує приєднання до наукових місій телескопів NOIRLab та їх підтримку, зокрема на телескоп Віктора М. Бланко в CTIO.
Оскільки DES вивчав сусідні галактики, а також ті, що лежать від нас на відстані мільярдів світлових років, його мапи дають як знімок поточної великомасштабної структури Всесвіту, так і уявлення про те, як ця структура розвивалася за останні 7 мільярдів років.
Звичайна речовина становить лише близько 5% Всесвіту. Темна енергія, яка, за припущеннями космологів, спричиняє прискорене розширення Всесвіту, протидіючи силі тяжіння, становить близько 70%. Останні 25% — це темна речовина, гравітаційний вплив якої «утримує» від розпаду галактики. І темна речовина, і темна енергія досі невидимі для астрономів. DES прагне висвітлити їхню природу, вивчаючи, як конкуренція між ними формує великомасштабну структуру Всесвіту протягом космічного часу.
Для кількісного визначення розподілу темної матерії та впливу темної енергії, DES спирався головним чином на два явища. По-перше, у великих масштабах галактики не розподіляються хаотично у космічному просторі, а навпаки, утворюють схожу на павутину структуру, яка зумовлена гравітацією темної матерії. DES виміряв, як ця космічна павутина розвивалася протягом історії Всесвіту. Скупчення галактик, що утворюють космічну павутину, своєю чергою, проявили регіони з більшою щільністю темної матерії.
По-друге, DES виявив ознаки темної матерії за допомогою ефекту слабкої гравітаційної лінзи. Коли світло від далекої галактики рухається крізь космічний простір, гравітація як звичайної, так і темної матерії, що міститься для спостерігача на передньому плані, може заломлювати його шлях. Це ніби світло пройшло крізь лінзу. Такий ефект спричиняє спотворення зображення галактики для спостерігача на Землі. Вивчаючи, як видимі форми віддалених галактик збігаються між собою та з положеннями сусідніх галактик вздовж прямої зори, науковці колаборації DES змогли зробити висновок про скупченість (clumpiness) темної матерії у Всесвіті.
Щоб перевірити сучасну космологічну модель Всесвіту, науковці колаборації DES порівняли отримані результати з вимірюваннями, що отримані за допомогою космічного зонда «Планк» Європейського космічного агентства. «Планк» реєстрував випромінювання, відоме як космічний мікрохвильовий фон (cosmic microwave background), щоб зазирнути в ранній Всесвіт, коли йому було лише 400 000 років після Великого Вибуху. Дані «Планка» дають точне уявлення про Всесвіт 13 мільярдів років тому, а стандартна космологічна модель передбачає, як темна речовина повинна еволюціонувати до теперішнього часу.
У поєднанні з раніше отриманими результатами, DES забезпечує найсильніший тест на сьогоднішній день найкращої моделі Всесвіту, і результати узгоджуються з прогнозами стандартної моделі космології. Однак в даних DES та кількох попередніх досліджень галактик присутні натяки на те, що нині Всесвіт на кілька відсотків менш скупчена, ніж передбачали космологи.
Десять ділянок неба були обрані як «глибокі поля» — їх Камера темної енергії знімала неодноразово протягом огляду. Зведення докупи цих зображень дало змогу науковцям побачити більш віддалені галактики. Потім дослідники використовували інформацію про червоне зміщення з глибоких полів для калібрування решти ділянок огляду. Це та інші успіхи у вимірюваннях і моделюванні, як і триразове збільшення даних порівняно з тими, що отримали за перший рік огляду, дало змогу науковцям з безпрецедентною точністю визначити щільність та скупченість Всесвіту.
DES завершив спостереження в 2019 році. Отримавши досвід аналізу першої половини даних, наукова група тепер готова обробляти повний набір даних. Очікується, що остаточний аналіз DES дасть змогу створить ще точнішу картину темної матерії та темної енергії у Всесвіті.
Колаборація DES об’єднала понад 400 науковців з 25 установ із семи країн. «Колаборація дуже молода. Більшість її учасників — це докторанти й аспіранти, які виконують величезну кількість роботи», — сказав директор DES та речник DES Rich Kron (Rich Kron), який є співробітником Фермілаб та Чиказького університету. «Це справді радує. Нове покоління космологів навчається за допомогою дослідження темної енергії».
Методи, розроблені колаборацією DES, відкрили шлях для майбутніх досліджень неба, таких як Огляд простору та часу обсерваторії Рубін (Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time). «DES показує, що ера даних від великих оглядів розпочалася по-справжньому», — зазначив Кріс Девіс (Chris Davis), директор програми NSF NOIRLab. «DES на телескопі Віктора М. Бланко NSF уможливив дивовижні відкриття, які буде далі робити обсерваторія Рубін протягом найближчого десятиліття».
За інф. з сайту https://noirlab.edu підготував Іван Крячко
