Создана самая глубокая карта распределения материи во Вселенной

Карты крупномасштабного распределения материи помогают лучше понять устройство Вселенной.

Иллюстрация Zarija Lukic.

Распределение вещества в площадке обзора по данным HSC (слева) и "Планка" (справа).

Иллюстрация HSC Survey.

Астрономы создали самую глубокую из трёхмерных карт распределения вещества, охватывающих обширный участок неба. Поясним, что под глубиной подразумевается максимальная дистанция от Земли, которую охватывает карта. Данные помогут лучше понять природу тёмной материи и тёмной энергии.

Достижение описано в научной статье, препринт которой опубликован на сайте arXiv.org группой во главе с Шиан-Юй Ваном (Shiang-Yu Wang) из Флэтайронского института в США.

Обзор получил название Hyper Suprime-Cam (HSC), что можно примерно перевести как "сверхвысшая камера". Он выполняется на телескопе Subaru, расположенном на Гавайях. Карта составлялась по данным первого года наблюдений, рассчитанных на пять лет.

Исследователей интересовало гравитационное линзирование далёких галактик. Поясним, о чём речь. Согласно общей теории относительности, гравитационное поле представляет собой искривление пространства-времени. Из-за него луч света, проходящий вблизи массивного объекта, меняет свою траекторию. Тяготеющее тело работает как линза, фокусирующее излучение далёкого объекта.

Этот эффект многократно проверен и широко используется астрономами. Например, он даёт возможность разглядеть очень далёкие объекты, фокусируя свет от них и фактически работая как телескоп. Именно так были открыты самые далёкие из наблюдавшихся на сегодняшний день планета и отдельная звезда.

Кроме того, изучая собранный таким "телескопом" свет, можно установить, как распределена в пространстве фокусирующая его масса. Именно это и интересовало исследователей. Важно, что метод "засекает" как обычное вещество, так и тёмную материю.

Астрономы получили изображения десяти миллионов галактик, подвергшихся гравитационному линзированию. Наблюдавшаяся на небе площадка составляла 137 квадратных градусов. По этим данным они составили трёхмерную карту распределения вещества.

Это не первая карта, охватывающая подобную или даже большую площадь на небе, но от таких аналогов HSC отличается своей глубиной. Предыдущие обзоры такого типа касались лишь ближайших (в космологических масштабах) окрестностей Галактики.

Авторы сравнили свои результаты с прогнозами, сделанными по данным космического телескопа Planck, наблюдающего реликтовое излучение. Вселенная по данным HSC оказалась несколько более однородной. Но строгий статистический анализ показал, что это отличие находится в пределах неизбежной погрешности измерения.

Распределение вещества в площадке обзора по данным HSC (слева) и "Планка" (справа).

Одним из главных применений своей работы авторы видят уточнение природы тёмной энергии. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали об этой субстанции, благодаря которой Вселенная расширяется с ускорением.

"Наша карта даёт нам более полное представление о том, сколько существует тёмной энергии, и рассказывает нам немного больше о её свойствах и о том, как она ускоряет расширение Вселенной, – объясняет соавтор статьи Рэйчел Мандельбаум (Rachel Mandelbaum) из Университета Карнеги–Меллона. – HSC является отличным дополнением к другим исследованиям. Объединение данных [нескольких] проектов станет мощным инструментом, с помощью которого мы будем пытаться всё больше и больше прояснять природу тёмной материи и тёмной энергии".

Полные данные пятилетнего обзора охватят в несколько раз больший участок небесной сферы и дадут ещё больше пищи для размышлений космологам. Кроме того, их планируется использовать для изучения эволюции галактик, вспышек сверхновых и других переменных объектов и нашего собственного Млечного Пути.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" писали о самой подробной карте тёмной материи и самом глубоком обзоре участка неба.