Ученые готовят подробную карту Вселенной (7 фото + 1 видео + 1 гиф)

Ученые из США строят самую подробную трехмерную карта Вселенной. Сегодня астрофизики раскрывают подробности о том, как на нее удалось нанести первые 7,5 миллионах галактик из 35 миллионов.
Исследование проводится с помощью Спектроскопического прибора темной энергии (DESI). Недавно Международное сообщество ученых, возглавляемое Национальной лабораторией Лоуренса Беркли в Калифорнии Министерства энергетики США завершило первые семь месяцев исследования, которое, как ожидается, займет в общей сложности пять лет. Конечная цель исследования - создание «феноменально подробной трехмерной карты», которая поможет ученым объяснить феномен темной энергии.
На данный момент каталогизировано более 7,5 миллионов галактик, и добавляется еще около миллиона в месяц.

Цель проекта — пролить свет на загадочную темную энергию, силу, которая составляет 68 процентов Вселенной и ускоряет ее расширение. Карта позволит астрономам понять, как зародилась Вселенная и куда она движется , в том числе будет ли она расширяться вечно, либо коллапсировать или распадаться на части.

Участник проекта доктор Жюльен Гай из Калифорнийского университета в Беркли сказал, что новая карта позволяет увидеть структуры галактик по всей Вселенной. «В распределении галактик на 3D-карте есть огромные скопления, нити и пустоты. Это самые большие структуры во Вселенной, - говорит ученый. - Но в них вы найдете отпечаток очень ранней Вселенной и всю историю ее расширения».
Профессор Карлос Френк из Даремского университета, который также участвует в проекте, сказал, что, несмотря на то, что он находится на ранних стадиях, результаты впечатляют. «DESI уже открывает новые горизонты в создании этой карты Вселенной, которая является самой подробной из всех, что мы когда-либо видели, — пояснил он. - Она поможет нам найти подсказки о природе темной энергии, мы узнаем больше о темной материи и роли, которую она играет в том, как формируются галактики, в том числе наш Млечный Путь, и как развивается Вселенная. Мы с нетерпением ждем сокровищницы данных, которую DESI соберет в течение следующих нескольких лет. Они помогут раскрыть некоторые из самых сокровенных тайн космоса».

Один из вопросов, который команда надеется решить с помощью исследования, касается причин того, что Вселенная расширяется с увеличивающейся скоростью, вместо того чтобы остановиться и начать сжиматься, как предполагает Теория большого взрыва. Астрономы считают, что темная энергия, составляющая около 68 процентов известной Вселенной, противодействует гравитации и останавливает сжатие. Чтобы подтвердить это и понять феномен темной энергии, команда создала систему DESI, состоящую из 5000 автоматических мини-телескопов, каждый из которых каждые 20 минут отображает новую галактику. Она способна исследовать больше галактик за один год, чем все остальные телескопы на Земле вместе взятые, в том числе, благодаря современной волоконно-оптической системе, которая разделяет свет от объектов в космосе, таких как галактики и звезды, на узкие цветовые полосы. Эти цвета показывают химический состав целевого объекта, а также информацию о том, как далеко он находится и как быстро он движется.
Данные DESI позволят ученым вернуться на 11 миллиардов лет назад, раскрывая данные об эволюции не только галактик, но и квазаров — самых ярких объектов во Вселенной.
Виктория Фосетт, аспирант Даремского университета, говорит: «Мне нравится думать о квазарах как о фонарях, освещающих прошлую историю Вселенной. DESI просто великолепен, потому что он улавливает гораздо более тусклые объекты, чем удавалось обнаруживать ранее. Мы находим довольно много экзотических систем, в том числе большие скопления редких объектов, которые мы не имели возможности детально изучить раньше».
Разбивая свет от каждой галактики на спектр цветов, DESI может определить, насколько сильно свет сместился в красную сторону. Протяженность света к красному концу спектра происходит из-за расширения Вселенной за миллиарды лет, которые он прошел, прежде чем достиг Земли. Именно эти красные смещения позволяют DESI видеть глубину неба.

Как правило, чем сильнее смещен спектр галактики в красную область, тем дальше она находится, и наличие трехмерной карты помогает физикам наносить на карту скопления и сверхскопления галактик.
Эти структуры несут в себе отголоски своего первоначального формирования, когда они были просто рябью в зачаточном космосе, объясняют ученые, и они могут рассказать астрофизикам о расширении ранней Вселенной. «Наша научная цель — измерить отпечаток волн в первичной плазме, — говорит Гай. - Поразительно, что мы можем обнаружить эффект этих волн миллиарды лет спустя».
Сегодня около 68 процентов содержимого Вселенной составляет темная энергия, таинственная форма энергии, которая ускоряет расширение Вселенной. По мере этого расширения появляется все больше темной энергии, что еще больше ускоряет расширение, и так по кругу в вечном цикле.
Чтобы понять судьбу Вселенной и влияние темной энергии на ее расширение, придется подождать, пока DESI не завершит исследование.

Тем временем DESI уже совершает прорыв в нашем понимании далекого прошлого, более 10 миллиардов лет назад, когда галактики были еще молодыми.
«Это удивительно, как много DESI может рассказать нам о физике образования и эволюции галактик», — говорит Рагадипика Пуча, аспирант астрономии Аризонского университета, работающий над исследованием. Вместе с коллегами он используют DESI, чтобы понять, как промежуточные черные дыры ведут себя в небольших галактиках, таких как наш Млечный Путь, и всегда ли они содержат черную дыру в своем ядре.

Когда газ, пыль и другой материал, падающий в черную дыру, нагревается до температуры выше, чем в ядре звезды, формируется активное галактическое ядро ​​(АЯГ). В больших галактиках АЯГ являются одними из самых ярких объектов в известной Вселенной. Но в меньших галактиках АЯГ могут быть намного слабее, и их труднее различить. Спектры, полученные DESI, могут дать больше информации о ядрах небольших галактик.
DESI установлен на четырехметровом телескопе Николаса У. Мэйолла в Национальной обсерватории Китт-Пик недалеко от Тусона, штат Аризона. Прибор впервые увидел свет в конце 2019 года, но пандемия Covid-19 закрыла его на несколько месяцев, и работа продолжилась лишь в декабре 2020 года.

«Чтобы этот инструмент работал, нужен постоянный контроль», — говорит физик Клаус Хонсшайд из Университета штата Огайо, научный сотрудник проекта. Хоншайд и его команда обеспечивают автоматическую работу прибора во время ночных наблюдений. «Отзывы, которые я получаю от ночных наблюдателей, заключаются в том, что смены скучны, и я воспринимаю это как комплимент», — сказал он.
Однако чтобы обеспечить подобную производительность, требуется детальный контроль над каждым из 5000 современных роботов, которые размещают оптические волокна в приборе DESI, гарантируя точность их положения с точностью до 10 микрон.
« Десять микрон — это очень мало, — говорит Хоншайд. — Толщина меньше человеческого волоса. И вам нужно расположить каждого робота так, чтобы он собирал свет от галактик, находящихся за миллиарды световых лет от нас. Каждый раз, когда я думаю об этой системе, я задаюсь вопросом, как можно было осуществить это? Успех DESI как инструмента — это то, чем можно очень гордиться».
Только в ноябре 2021 года DESI составил каталог красных смещений 2,5 миллиона галактик. Ожидается, что к концу проекта, в 2026 году, в каталоге DESI будет более 35 миллионов галактик, что позволит проводить огромное разнообразие космологических и астрофизических исследований.
«Все эти данные просто есть, и они просто ждут, чтобы их проанализировали, — говорит Пуча. - Тогда мы найдем очень много удивительного о галактиках».