Представата ни за Вселената се е променила дълбоко. Само преди един век астрономите са водели спорове дали нашата галактика е островна вселена или мъглявини като Андромеда са галактики в много по-голям космос. Сега знаем, че Вселената е на милиарди години, непрекъснато се разширява до милиарди светлинни години и е изпълнена не само със звезди и галактики, но и с тъмна енергия и студена тъмна материя. Астрономите обобщават тази концепция като модел ΛCDM, който представлява стандартният модел на космологията. Въпреки че данните от наблюденията, с които разполагаме, силно подкрепят този модел, той не е без недостатъци.
Най-впечатляващото предизвикателство е известно като напрежението на Хъбъл. Когато измерваме скоростта на космическото разширение по различни начини, можем да изчислим т. нар. константа на Хъбъл или параметър на Хъбъл, който определя скоростта на разширение на Вселената. Тази скорост показва разни неща като възрастта на Вселената и средната плътност на тъмната енергия и материя.
Стандартни свещи (вляво) и стандартни линийки (вдясно) са две различни техники, използвани от астрономите за измерване на разширяването на пространството в различни времена/разстояния в миналото. Въз основа на това как величини като осветеност или ъглов размер се променят с разстоянието, може да се направи извод за историята на разширяването на Вселената. Използването на метода на свещите е част от стълбата на разстоянията, което дава 73 km/s/Mpc. Използването на линийката е част от метода на ранния сигнал, което дава 67 km/s/Mpc. С новите данни на космическия телескоп "Джеймс Уеб" мистерията около скоростта на разширяване на Вселената се задълбоава още повече. Кредит NASA/JPL-Caltech
Докато наблюденията на галактическите купове обикновено отчитат за константата на Хъбъл около 68-69 км/сек/мегапарсек (един мегапарсек е еквивалентен на малко над три милиона светлинни години), няколко от другите методи дават резултати извън този диапазон. Има някои доказателства в подкрепа на идеята, че настоящата скорост на космическо разширение е по-голяма от тази по време на ранната Вселена, което се нарича космическо срязващо напрежение. Всичко това означава, че или някои от нашите методи са погрешни по някакъв начин, или има фундаментален аспект на космическото разширение, който все още не разбираме.
Свързани с това са загадките около тъмната енергия. В рамките на стандартния модел тъмната енергия е свойство на пространството и времето и е универсална в целия космос. Но има алтернативен възглед, според който тъмната енергия е независимо скаларно поле в пространство-времето, понякога наричано квинтесенция. Наблюдения от мащаба на галактическите купове като цяло подкрепят първия модел, но има няколко проучвания тук и там, които предполагат последния. Все още няма достатъчно данни, за да се изключим напълно нито едното, нито другото.
Наблюдения на параметъра на Хъбъл. Кредит: N. Palanque-Delabrouille
Освен това, разбира се, съществува и големият проблем с тъмната материя. Наблюденията категорично потвърждават нейното съществуване, както и това, че тъмната материя съставлява по-голямата част от материята във Вселената. Но в рамките на Стандартния модел на физиката на елементарните частици не съществува нищо, което би могло да формира тъмната материя, а безбройните експерименти, опитващи се да открият тъмната материя директно, досега не са дали резултат. Алтернативните модели, като например модифицираната гравитация, могат да обяснят някои от нашите наблюдения, но моделите трябва да бъдат нагласени точно така, че да съответстват на данните, и нито един алтернативен подход не съвпада с всички наблюдения. Тъмната материя продължава да заема централно място в стандартния космологичен модел, но истинската ѝ същност остава в сянка.
Накратко, ние сме много близо до пълен и обединяващ модел на Вселената, но все още има дълбоки и фини загадки, които трябва да разрешим. Нуждаем се от повече теоретични идеи и отчаяно се нуждаем от повече наблюдателни данни. За щастие в момента се работи по забележителни проекти, които биха могли да разрешат тези загадки в близко бъдеще.
Един от тях е изследването на Спектроскопския инструмент за тъмна енергия (DESI), което в момента е в ход. По време на петгодишния проект DESI ще наблюдава спектрите на повече от 35 милиона отдалечени галактики, което ще даде подробна 3D карта на Вселената.
За сравнение, проучването Sloan Digital Sky Survey (SDSS) събра данни за 4 милиона галактики и предостави най-подробната картина на галактическите клъстери по онова време.
С помощта на DESI ще може да се проследи взаимодействието между тъмната материя и тъмната енергия в продължение на милиарди години и с надеждата да се определи дали тъмната енергия е постоянна, или се променя с времето.
Сравнение на SDSS (вляво) с DESI (вдясно). Кредит: David J. Schlegel
Друг полезен инструмент ще бъде обсерваторията "Вера Рубин", която трябва да заработи след няколко месеца. Предоставяйки карта на небето с висока разделителна способност на всеки няколко дни, Рубин ще ни позволява да се изследват преходни явления като свръхнови, използвани за измерване на космическото разширение. Освен това ще даде богата представа за материята в нашата галактика и може да разкрие аспекти на взаимодействието на тази материя с тъмната материя.
В по-далечно бъдеще се планират проекти като широкоъгълния спектроскопичен телескоп (WST), който ще разшири възможностите на обсерваторията Рубин, и Spec-S5, който ще допълни проучванията на DESI. И двата проекта са все още в етап на планиране, но биха могли да се превърнат в проучвания на DESI. И двата проекта все още са в етап на планиране, но биха могли да станат оперативни в рамките на около десетилетие.
През 20-те години на миналия век Големият дебат на астрономията бе решен благодарение на голямото количество данни. Възходът на фотографската астрономия позволи да се види Вселената по нов, трансформиращ начин и направи възможна съвременната космология. Сега навлизаме в ерата на астрономията на големите данни, при която широкоъгълните телескопи и големите проучвания ще предоставят повече данни за една вечер, отколкото биха могли да бъдат събрани за една година само преди десетилетия. Пригответе се за нова революционна ера в астрономията.
Справка: Palanque-Delabrouille, N. "Future directions in cosmology.” arXiv preprint arXiv:2411.03597 (2024).
Източник: Cosmology is at a Crossroads, But New Instruments are Coming to Help, Brian Koberlein
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари