Астрономы раскрыли скрытую структуру Вселенной с помощью крупнейшей трёхмерной карты космоса

Учёные выявили скрытую структуру Вселенной, определяющую расположение всей видимой материи, и профессор Вирджинского университета прямо сейчас занимается её трёхмерным картированием.

Сатья Гонтчо А Гонтчо, доцент кафедры астрономии университета, входит в международную команду, управляющую прибором DESI — Спектроскопическим инструментом тёмной энергии. Этот амбициозный проект под руководством Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли расположен в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне. Его главная цель — провести одно из самых исчерпывающих космологических исследований в истории человечества для изучения тёмной энергии, которая считается одним из главных нерешённых вопросов современной физики.

Работа консорциума DESI привела к созданию крупнейшей и самой детальной трёхмерной карты космоса на сегодняшний день. Это колоссальное предприятие позволяет астрономам преодолеть ограничения традиционного двухмерного наблюдения неба.

Гонтчо А Гонтчо описала методологическую суть проекта: если, исходя из снимка неба, добавить третье измерение в виде чрезвычайно точного измерения расстояния, которое указывает точное местоположение галактик, то фактически создаётся трёхмерная карта, показывающая, как эти галактики расположены относительно друг друга с нашей привилегированной точки наблюдения с Земли.

Профессор подчеркнула ключевой факт: галактики разбросаны в пустоте не хаотично, а следуют тонкому и особому узору — своего рода невидимым лесам, образованным субструктурой тёмной материи, на которых они покоятся и вокруг которых они группируются на протяжении эонов космической эволюции.

Расположив эти светящиеся объекты в связном трёхмерном отношении друг к другу, астрономы могут косвенно визуализировать крупномасштабную гравитационную архитектуру — космическую паутину, служащую скелетом Вселенной.

Чтобы достичь такого наблюдательного результата, команда круглосуточно работает с телескопом в обсерватории Китт-Пик. Как пояснила Гонтчо А Гонтчо, это требует титанической логистики и бесперебойной координации усилий.

Она назвала эту работу монументальным предприятием, в котором необходимо тщательно решать, какие участки неба сканировать каждую ночь, постоянно проверяя, что итоговая карта репрезентативна для дальнего космоса, а собранные данные сохраняют внутреннюю согласованность для научной достоверности.

Для поддержания такого темпа и обработки лавины спектральной информации из Аризоны требуется активное и синхронизированное участие более двадцати пяти человек, которые круглосуточно обеспечивают работу прибора и следят, чтобы роботизированные зеркала с микрометрической точностью наводились на цели, выбранные из миллионов кандидатов.

На научном конце этой цепочки профессор Гонтчо А Гонтчо создала в Вирджинском университете рабочую группу из постдокторантов, аспирантов и студентов, которые помогают в сложном анализе данных DESI, расшифровывая световые сигнатуры, хранящие ключи к расширению Вселенной.

Данные этого спектроскопического обзора позволяют учёным изучать первичный космический узор, запечатлённый в ткани Вселенной в каждую из эпох её эволюции — от самых ранних и плотных стадий до современной конфигурации.

Гонтчо А Гонтчо объяснила, что благодаря огромному объёму позиционной информации команда может наблюдать, как этот структурный узор рос и искажался между двумя различными моментами, разделёнными миллиардами лет, получая своего рода ископаемое свидетельство действия фундаментальных сил, управляющих крупномасштабной реальностью.

По оценкам, общее содержание Вселенной примерно на двадцать пять процентов состоит из тёмной материи — компонента неизвестной природы, который служит гравитационным клеем, удерживающим галактики в скоплениях и не дающим им разлететься из-за собственного вращения. При этом подавляющие семьдесят процентов космоса, вероятно, образованы тёмной энергией — ещё более загадочной сущностью, которая создаёт отрицательное давление, раздвигает галактики и ускоряет расширение самого пространства-времени.

Характеризуя двойственную природу этих антагонистических сил, Гонтчо А Гонтчо прибегла к биологической аналогии, назвав тёмную энергию своего рода космическим гормоном роста. По её словам, тёмная энергия заставляет Вселенную расширяться всё быстрее и быстрее, и это утверждение представляет собой современную границу человеческого знания об этом феномене.

Профессор была категорична: хотя наука и научилась всё точнее измерять, что делает этот экзотический компонент (а именно — ускоряет расхождение материальных структур), его глубинная природа совершенно неизвестна. Его неуловимость заключается в том, что он заставляет объекты удаляться друг от друга, но не излучает ни света, ни какого-либо электромагнитного излучения, оставаясь невидимым для телескопов. Единственное знание о нём проистекает исключительно из измеримого и наблюдаемого эффекта на окружающие объекты и на глобальную геометрию расширяющейся Вселенной.

Проект DESI, изначально задуманный как пятилетний обзор, а затем продлённый до восьми лет, позволил получить спектры миллионов далёких галактик, чрезвычайно ярких квазаров и близлежащих звёзд в нашей галактической окрестности.

Полученное трёхмерное графическое представление этой колоссальной базы данных показывает относительное расположение галактик и выявляет текстуру, которую Гонтчо А Гонтчо сравнила с картиной импрессионистов: когда все эти светящиеся точки помещаются в объёмное пространство, перед глазами исследователя возникает узнаваемый силуэт структур тёмной материи, на которых они покоятся.

Самый важный вывод из этой визуализации состоит в том, что данная структура не хаотична, а обладает определённым и повторяющимся узором — своего рода космической сигнатурой, которую можно последовательно идентифицировать и отслеживать на протяжении космического времени от первичной Вселенной до наших дней.