Астрономи представят нова по-точна карта на материята във Вселената

Ваня Милева Последна промяна на 02 февруари 2023 в 00:01 13890 0

Вляво - разпределението на материята в небето според изследването на тъмната енергия DES, вдясно - според телескопа на Южния полюс SPT и спътника "Планк". Кредит: Yuuki Omori

Електроните в космическите лъчи, удрящи Земята, са най-мощните, измервани някога

26/11/2024

НАСА и SpaceX илюстрират ключови моменти от мисията на лунния модул Артемис

Тази седмица екип от астрономи, включително от Чикагския университет и Националната ускорителна лаборатория "Ферми", представи нова карта, която много точно показва разпределението на материята във Вселената.

В картата са използвани данни от два телескопа - телескопа, използван за изследването на тъмната енергия (DES - Dark Energy Survey), и телескопа на Южния полюс (SPT - South Pole Telescope).

Повече от 150 астрономи работят по анализа на данните от DES и SPT, а резултатите се появяват в три статии (вж. линковете най-долу).

Когато Вселената се е формирала преди 13,8 милиарда години с Големия взрив, материята се задвижва заедно с разширяващото се пространство и се охлажда. Тук-там материята се е "струпвала" под въздействието на гравитацията, създавайки области, в които е имало повече материя, и области, в които е имало по-малко материя.

Учените проследяват пътя на тази материя - като видят къде е стигнала цялата материя, те могат да се опитат да пресъздадат какво се е случило и какви сили е трябвало да участват.

^{Обсерваторията в Чили, където се провежда изследването на тъмната енергия. Кредит: Andreas Papadopoulos}

Пукнатина в стандартния космологичен модел ΛCDM

Анализът на данните от DES, SPT, както и от европейския спътник "Планк", позволява на учените да направят извода къде се е озовала цялата материя във Вселената. Данните са по-прецизни от предишните измервания.

През последните седем години DES изследва галактиките от планински връх в Чили, а телескопът на Южния полюс SPT - търси слабите следи от радиация, които все още пътуват по небето от първите няколко мига на Вселената - космическото микровълново фоново лъчение. Така се прави кръстосана проверка, така че се получава много по-сигурно измерване, отколкото ако се използва едното или другото.

И в двата случая анализът разглежда явление, наречено гравитационна леща, при което светлината от далечни обекти се отклонява под въздействието на масата на обекти с много гравитация като галактиките.

Този метод улавя както обикновената материя, така и тъмната материя – загадъчната форма на материя, която се открива само заради нейните ефекти върху обикновената материя – тъй като и обикновената, и тъмната материя упражняват гравитация.

Моделът ΛCDM

^{Според стандартния космологичен модел ΛCDM Вселената е изпълнена не само с наблюдаваната барионна материя, но и с тъмна енергия заедно със студена тъмна материя, а делът на последната в общата маса-енергия на наблюдаваната Вселена е 95%. Тъмната материя в нея е хипотетична форма на материята, която обяснява ефектите на скритата маса, а тъмната енергия е форма на енергия, която води до отблъскване на масивните тела и обяснява ускореното разширяване на Вселената. За потенциално обяснение на природата на тъмната материя и тъмната енергия е необходимо да се излезе отвъд Стандартния модел в рамките на физиката на частиците, тъй като той не предсказва съществуването на тъмните компоненти на Вселената.}

По-голямата част от резултатите съвпадат перфектно с приетата в момента най-добра теория за Вселената - стандартният космологичен модел ΛCDM (съкратено от Lambda-Cold Dark Matter).

Но в един случай това не е така: изглежда, че в сегашната Вселена има малко по-малко флуктуации, отколкото се предвижда според модела ΛCDM, че тя има по-малко струпвания.

„Изглежда, че има малко по-малко колебания в настоящата вселена, отколкото бихме предвидили, ако приемем, че нашият стандартен космологичен модел определя и ранната вселена“, каза съавторът на анализа и астрофизикът от Хавайския университет Ерик Бакстър (Eric Baxter).

Тоест, ако се направи модел, включващ всички приети в момента физични закони, след това се вземат показанията от началото на Вселената и се екстраполират напред във времето, резултатите изглеждат малко по-различни от това, което всъщност се вижда днес.

Астрономите обозначават тази степен на струпване с термина сигма 8 или σ₈. На свой ред този параметър е свързан с количеството материя във Вселената (Ωm, количеството тъмна и обикновена материя) чрез уравнението S₈≡σ₈(Ωm/0,3)^0,5.

Анализът показва, че Ωm=0,306 (останалите 70% от Вселената са тъмна енергия) и S₈=0,792.

Е, отклонения от модела ΛCDM са откривани и преди. Ако това отклонение от σ₈ се запази дори при бъдещи измервания, това може да означава, че нещо липсва в модела ΛCDM, но резултатите все още не са на статистическото ниво, което учените смятат за абсолютно сигурни. Това ще изисква допълнително проучване.

Справка:

Y. Omori et al. (DES and SPT Collaborations), “Joint analysis of Dark Energy Survey Year 3 data and CMB lensing from SPT and Planck. I. Construction of CMB lensing maps and modeling choices,” Phys. Rev. D 107, 023529 (2023).
C. Chang et al. (DES and SPT Collaborations), “Joint analysis of Dark Energy Survey Year 3 data and CMB lensing from SPT and Planck. II. Cross-correlation measurements and cosmological constraints,” Phys. Rev. D 107, 023530 (2023).
T. M. C. Abbott et al. (DES and SPT Collaborations), “Joint analysis of Dark Energy Survey Year 3 data and CMB lensing from SPT and Planck. III. Combined cosmological constraints,” Phys. Rev. D 107, 023531 (2023).