Астрономи з Слоанівського цифрового огляду неба (Sloan Digital Survey Sky, SDSS) створили першу мапу великомасштабної структури Всесвіту в основі якої покладено винятково положення (координати у просторі) квазарів. Ці об’єкти — дуже яскраві й віддалені точки світла, яке спричиняють надмасивні чорні діри.
«Оскільки квазари такі яскраві, ми можемо побачити їх через весь Всесвіт» — зауважив Ешлі Росс (Ashley Ross) з Університету штату Огайо, спів-керівник дослідження. «Вони є ідеальними об’єктами, щоб використавши їх, укласти найбільшу мапу.»
Дивовижна яскравість квазарів зумовлена надмасивними чорними дірами, які знайдено в їх центрах. Речовина, падаючи в чорну діру квазара, нагрівається до високої температури і починає світитися. Це яскраве випромінювання можна зареєструвати з допомогою спеціалізованого 2,5-метрового телескопа на Землі.
«Квазари лежать так далеко, що світло покинуло їх, коли вік Всесвіту становив від трьох до семи мільярдів років, задовго до того, як виникла Земля» — наголосив Ґонґбо Чжао (Gongbo Zhao) з Національної астрономічної обсерваторії Китайської академії наук, інший спів-керівник дослідження.
Переріз найбільшої у світі тривимірної мапи Всесвіту. Земля міститься ліворуч, а відстань до галактик і квазарів позначена періодами часу, який потрібен світлу, щоб від об’єкта дістатися до Землі. Місця розташування квазарів (галактики з надмасивними чорними дірами) показані червоними крапками, галактики, що лежать ближче до Землі, і вказані в SDSS, показані жовтою барвою. Правий край мапи — це межа спостережуваного Всесвіту, звідки ми бачимо космічний мікрохвильовий фон (the Cosmic Microwave Background, CMB), тобто випромінювання, що «залишилися» від Великого Вибуху. Основна частина порожнього простору між квазарами і краєм спостережуваному Всесвіті — це період «темних віків», коли ще не існувало більшості зір, галактик і квазарів. Фото з сайту https://astronomynow.com.
Щоб укласти мапу, науковці використовували телескоп Фонду Слоана (the Sloan Foundation Telescope) для спостережень безпрецедентної кількості квазарів. Протягом перших двох років розширеного спектрального дослідження баріонних осциляцій в SDSS (Extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, eBOSS), астрономи визначили точні тривимірні позиції для понад 147000 квазарів.
Телескопічні спостереження дозволили науковцям отримати відстані до квазарів, які вони використали, щоб створити тривимірну мапу. Але щоб скористатися нею для розуміння історії розширення Всесвіту, вони змушені були піти на крок далі, використавши методику на основі «акустичних коливань баріонів» («baryon acoustic oscillations», BAOs). ВAOs є нинішнім відбитком звукових хвиль, які мандрували по ранньому Всесвіті, коли він був набагато гарячішим і щільнішим, ніж тепер. Але коли вік Всесвіту становив 380000 років, умови раптово змінилися, звукові хвилі враз стали «замороженими». Ці застиглі хвилі відображені ліворуч в тривимірній структурі Всесвіту, яку ми бачимо сьогодні.
Хороші новини про ці заморожені хвилі — початкові акустичні коливання баріонів — це те, що процес, який їх спричинив, простий. Тому ми добре розуміємо, який вигляд мали BAOs в той далекий час. Коли ми дивимося на тривимірну структуру Всесвіту сьогодні, вона містить ті ж самі BAOs, але які виросли до величезних масштабів за рахунок розширення Всесвіту. Спостережуваний розмір BAO можна використати як «стандартну лінійку» для вимірювання відстаней. Схоже на те, як з допомогою уявного кута від встромленої метрової палиці, на яку ви дивитися з іншого боку футбольного поля, можна оцінити довжину поля. «У вас є вимірювач для невеликих одиниць довжини, кілометрів або миль, щоб встановити відстані між містами, а ми маємо масштаб BAO для визначення відстаней між галактиками і квазарами в космології» — пояснила Паулін Заррук (Pauline Zarrouk), аспірант Паризького університету в Сакле, яка вимірювала проектний масштаб BAO.
Астрономи з SDSS раніше використовували техніку BAO на відносно близьких галактиках, а потім на розподілах міжгалактичного газу, щоб поширити цей аналіз все далі й далі назад в часі. Поточні результати охоплюють відстані, на яких раніше спостереження не виконували, тобто зроблено вимірювання в той момент розвитку Всесвіту, коли до формування Землі ще лишалося понад два мільярди років.
Результати нового дослідження підтверджують стандартну модель космології, яку дослідники побудували за останні двадцять років. Вона відповідає передбачення загальної теорії відносності Айнштайна — крім компонентів, ефекти від яких ми можемо виміряти, але причини яких не розуміємо. Поряд зі звичайною матерією, яка утворює зорі й галактики, Всесвіт містить темну матерію — невидиму субстанцію, яка проявляє себе через гравітацію, — і загадковий компонент, який називають «темна енергія» Вона нині є головним чинником з особливими властивостями, які викликають прискорене розширення Всесвіту.
Експеримент eBOSS триває досі з допомогою 2,5-метрвого телескопа в обсерваторії Апачі-Пойнт (штат Нью-Мексико, США). Коли астрономи з eBOSS виконають більше спостережень квазарів і сусідніх галактик, розмір мапи буде збільшено. Після завершення eBOSS почнеться нове покоління оглядів неба, зокрема Спектроскопічний інструмент темної енергії (the Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI) і супутникова місія Європейського космічного агентства «Евклід». Це дозволить підвищити точність відтворення мап в десять разів у порівнянні з eBOSS, яка розкриває Всесвіт і темну енергію в безпрецедентних деталях.
За інф. з сайту https://astronomynow.com підготував Іван Крячко
