Tumšās enerģijas apsekojums: Visuma paplašināšanās kartēšana

Tumšās enerģijas apsekojums

Šis attēls tika uzņemts ar tumšās enerģijas kameru. Tas parāda NGC 1398 galaktiku, kurā ir vairāk nekā 100 miljoni zvaigžņu un kas dzīvo Fornax kopā, aptuveni 65 miljonu gaismas gadu attālumā no Zemes. (Attēla kredīts: Dark Energy Survey)



Tumšās enerģijas apsekojums (DES) kartē Visumu infrasarkanajā starā, lai noskaidrotu atbildi uz dedzinošu jautājumu: kāpēc Visums paātrinās tā paplašināšanā?



Pūles rodas no pārsteidzoša astronomu atklājuma, kas aplūko tālas supernovas vai zvaigžņu sprādzienus DES mājas lapā teikts . 1998. gadā viņi atklāja, ka Visums ne tikai izplešas, bet arī aug ātrāk. Tas bija pārsteigums, ņemot vērā, ka Alberta Einšteina vispārējās relativitātes teorija saka, ka gravitācijai patiesībā vajadzētu būtlēnākVisuma paplašināšanās.

'Lai izskaidrotu kosmisko paātrinājumu, kosmologi saskaras ar divām iespējām,' DES mājas lapā teikts . 'Vai nu 70 procenti Visuma eksistē eksotiskā formā, ko tagad sauc par tumšo enerģiju, kurai piemīt gravitācijas spēks, kas ir pretējs parastās vielas pievilcīgajam gravitācijai. Vai vispārējā relativitāte ir jāaizstāj ar jaunu gravitācijas teoriju kosmiskajā mērogā. ” [ Pārsteidzoši fotoattēli no tumšās enerģijas kameras Čīlē ]

Pārskats



Mēs zinām, ka Visums ir paplašinājies kopš aptuveni 20. gadiem, kad tādi astronomi kā Edvīns Habls izsekoja tālu galaktiku kustību. Viņi redzēja, ka galaktikas pārvietojas ātrāk, atrodoties tālāk no mums. Šo paplašināšanos varētu saistīt ar Lielā sprādziena enerģiju, kas radīja telpu un laiku pirms aptuveni 13,7 miljardiem gadu. Paātrinājumu tomēr ir grūtāk izskaidrot.

Tumšā enerģija un tumšā matērija, kas, domājams, veido lielāko daļu Visuma masas, joprojām ir daži no kosmoloģijas ilgstošākajiem noslēpumiem. Teorija liecina, ka redzamā matērija veido mazāk nekā 5 procentus no Visuma. Tumšā enerģija ir aptuveni 69 procenti un tumšā matērija - 27 procenti.

DES aptauja notiek no 2013. līdz 2018. gadam, izmantojot Blanco 4 metru teleskopu Cerro Tololo Amerikas Amerikas observatorijā. Observatorija atrodas augstu Čīles Andos, un projektu atbalsta ASV, Spānija, Apvienotā Karaliste, Brazīlija, Vācija, Šveice un Austrālija.



Aptauja ir iespējama, izmantojot DECam-570 megapikseļu digitālo kameru, kas paredzēta plašu vālu uzņemšanai no debesīm. Projekts ilgs 525 novērošanas naktis, aplūkojot 300 miljonus galaktiku miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes (tuvu Visuma veidošanās laikam).

Paredzams, ka laika gaitā kamera precīzi kartēs galaktiku un supernovu kustības, lai mēģinātu noskaidrot kosmiskās struktūras modeļus, teikts DES tīmekļa vietnē. Vispārējais mērķis ir uzzināt vairāk par mūsu Visuma izplešanās paātrinājumu.

Ja tumšā enerģija patiešām pastāv, nākamais jautājums ir mēģinājums saprast, kas tā ir, jo to nevar sajust ar parastajiem instrumentiem. DES iesaka pāris iespējas . Viens no tiem ir tas, ka tumšā enerģija patiesībā ir tukšas telpas “iekšējā enerģija”, ko dažkārt dēvē par kosmoloģisko jēdzienu. Tiek uzskatīts, ka enerģija ir “negatīvs spiediens”, kas liek Visumam augt ātrāk.



Vēl viena iespēja ir tāda, ka tas ir līdz šim neredzēts daļiņu veids, kas būtu daudz vieglāks par 2012. gadā atklāto Higsa bozonu. Tas nozīmētu, ka laika gaitā tumšās enerģijas blīvums samazinās. (Ja tumšās enerģijas blīvums patiešām kļūst spēcīgāks, tas galu galā saplosīs galaktikas, zvaigznes un atomus procesā, kas tiek saukts par “Lielo plīsumu”.)

Tumšās enerģijas kamera, kas uzstādīta Blanco teleskopā Čīlē.

Tumšās enerģijas kamera, kas uzstādīta Blanco teleskopā Čīlē.(Attēla kredīts: Dark Energy Survey Collaboration.)

Rezultāti un turpmākie darbi

Līdz šim lielākais rezultāts bija 2015. gada aprīlī, kad zinātnieki ar aptauju izlaida pirmo tumšās vielas karti, kuras pamatā bija DES dati. Saskaņā ar a ziņu izlaidums no Fermi Nacionālās paātrinātāja laboratorijas (Fermilab ), kartes palīdzēs astronomiem saprast, kā tumšā matērija palīdz radīt galaktikas. Zinātnieki arī vēlas uzzināt par tumšo enerģiju, aplūkojot tumšās vielas “neveiklumu”. (Fermilab ir DES dalībnieks, tāpat kā citi ieguldījumi, tas izveidoja DECam).

Tumšo matēriju nevar redzēt ar parastajiem instrumentiem, bet to var izpētīt, izmantojot gravitācijas efektu. Parasts piemērs ir gravitācijas lēcas, kad tumšās vielas pievilkšanas spēks liek gaismu ap tālām galaktikām, piebilda Fermilabs. Teorija liecina, ka galaktikas veidojas tumšās vielas koncentrācijās (citiem vārdiem sakot, spēcīgā gravitācijā). Līdz šim - lai gan pirmajā kartē ir iekļauti tikai 3 procenti debesu, DES apsekos - novērojumi atbilst prognozēm.

2016. gada sākumā DES sekoja kartei, lai no 2012. gada novembra līdz 2013. gada februārim iegūtu milzīgu informāciju, ko kamera savākusi. Katalogā ir informācija par 25 miljoniem objektu. Tā kā tie bija ļoti agri dati, Fermilabs teica 2016. gada janvārī , nākotnē tiks publicēta daudz vairāk informācijas. DES turpmāko darbu varētu ietvert atradumus gravitācijas viļņos , kas, domājams, rodas, kad milzīgi objekti izjauc telpas laiku.

Aptaujas veikšanai ir bijuši arī blakus ieguvumi. 2015. gadā gan DES zinātnieki, gan neatkarīga grupa no Kembridžas universitātes atklāja retu veidu punduru satelītu galaktikas izmantojot DES pirmā gada datus . Tā kā pundurgalaktikas ir mazākās zināmās galaktikas, Fermilabs rakstīja: 'tām varētu būt atslēga, lai izprastu tumšo matēriju un procesu, kā veidojas lielākas galaktikas.' Tajā gadā atsevišķā atklājumā zinātnieki atrada astoņas punduru galaktikas kas varētu būt Piena ceļa satelīti.

2016. gadā NASA ātri noliedza ziņojumus, ka teorētiskā planēta Nine, ko ierosināja divi Kalifornijas Tehnoloģiju institūta zinātnieki, Konstantīns Batigins un Maiks Brauns. velkot Cassini zondi, kas riņķo ap Saturnu . Kad ziņu ziņojumi cirkulēja tajā aprīlī, DES bija minēts kā iespējama aptauja, kas varētu palīdzēt atrast Planet Nine jo tas meklē tajā pašā Cetus zvaigznāja reģionā, kur astronomi meklē planētu.