|
Темная энергия может изменяться со временем
|
|
|
|
Потребовалось около 50 взрывающихся звезд, чтобы перевернуть космологию с ног на голову. Исследователи составили карту и измерили излучение сверхновых типа Ia - драматического взрыва особого вида белых карликов. В 1998 году они объявили о своих удивительных результатах: вместо того, чтобы замедляться или оставаться неизменной, наша Вселенная расширялась все быстрее и быстрее. Открытие "темной энергии", неизвестного компонента, стимулирующего ускоренное расширение, было удостоено Нобелевской премии.
|
|
|
|
С конца 90-х годов в результате десятков экспериментов с использованием различных телескопов и методов было зафиксировано и опубликовано более 2000 вспышек сверхновых типа Ia (произносится как "одна А"). Но без учета этих различий использование сверхновых из отдельных экспериментов часто напоминает сравнение яблок и апельсинов.
|
|
|
|
Чтобы объединить данные о сверхновых и более точно измерить роль темной энергии в нашей Вселенной, ученые собрали самый большой из когда-либо созданных стандартизированных наборов данных о сверхновых типа Ia. Подборка называется Union3 и была подготовлена международным проектом по космологии сверхновых (SCP), который возглавляет Национальная лаборатория Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) при Министерстве энергетики США.
|
|
|
|
|
|
|
Анализ этого набора сверхновых указывает на то, что темная энергия может эволюционировать с течением времени. Результаты, недавно опубликованные в Astrophysical Journal, недостаточно убедительны, чтобы окончательно утверждать, что темная энергия начала ослабевать. Но они указывают в том же направлении, что и отдельные анализы с помощью спектроскопического прибора темной энергии.
|
|
|
|
Два взаимодополняющих подхода, дающих схожие результаты, заинтриговали исследователей. Более того, частично независимый результат другого анализа сверхновых (включая сверхновые из исследования темной энергии под руководством Министерства энергетики США) также, по-видимому, подтверждает этот вывод.
|
|
|
|
"Я не думаю, что кто-то еще прыгает от восторга, но это потому, что мы, ученые, подавляем любой преждевременный восторг, поскольку знаем, что это может пройти, как только мы получим еще более точные данные", - сказал Сол Перлмуттер, который в 2011 году получил Нобелевскую премию за открытие темной энергии и является одним из основоположников науки. научный сотрудник лаборатории Беркли, профессор Калифорнийского университета в Беркли и соавтор статьи.
|
|
|
|
"С другой стороны, теперь, когда два отдельных метода демонстрируют умеренное несогласие с простой лямбда-моделью CDM, люди, безусловно, встают на свои места. Очень приятно, что мы наконец-то начинаем достигать такого уровня точности, при котором все становится интересным и вы можете начать различать различные теории темной энергии".
|
|
|
|
В нашей основной модели, Лямбда-CDM, предполагается, что темная энергия ("Лямбда") имеет одинаковую силу с течением времени и противодействует гравитационному сжатию, вызванному холодной темной материей ("CDM"). Но другие модели, которые позволяют темной энергии изменяться с течением времени, могут лучше соответствовать тому, что исследователи видят в данных. Если это так, то это имеет большое значение для судьбы Вселенной.
|
|
|
|
"Темная энергия составляет почти 70% Вселенной и является движущей силой расширения, поэтому, если она становится слабее, мы ожидаем, что со временем расширение замедлится", - сказал Дэвид Рубин, первый автор статьи Union3, доцент Гавайского университета в Маноа и соавтор исследования. ведущий участник проекта по космологии сверхновых звезд.
|
|
|
|
"Расширяется ли Вселенная вечно, или в конечном итоге останавливается, или даже снова начинает сжиматься? Это зависит от баланса между темной энергией и материей. Мы хотим выяснить, что побеждает, и мы хотим понять эту основополагающую часть нашей вселенной".
|
|
|
|
Проследить историю расширения Вселенной с помощью сверхновых - один из способов понять это. Поскольку сверхновые обладают предсказуемой яркостью, исследователи могут использовать их в качестве "стандартных свечей" для измерения расстояния — точно так же, как вы могли бы рассчитать длину темного коридора, основываясь на том, насколько ярким казалось пламя от набора одинаковых свечей. Ученые также изучают красное смещение - показатель того, насколько сильно свет сверхновой сместился в сторону более красных длин волн из-за расширения пространства.
|
|
|
|
Union3 стандартизирует 2087 сверхновых из 24 наборов данных и может быть использован для изучения истории космоса на протяжении примерно 7 миллиардов лет. Он основан на Union2, выпущенном в 2010 году, который содержал 557 сверхновых. Чтобы объединить данные о сверхновых из разрозненных наборов данных, исследователи анализируют кривую блеска: то, как яркость сверхновой достигает максимума и тускнеет в течение ее жизни. Это позволяет им определить внутреннюю яркость и настроить яркость сверхновых таким образом, чтобы все они были в одном масштабе — как при калибровке свечи другого производителя.
|
|
|
|
Ученые повторно проанализировали сверхновые с помощью сложного статистического метода ("байесовской иерархической модели"), который может лучше учитывать неопределенности, включая частичную информацию и вероятность ошибок. Это позволяет включить факторы, которые исследователи, возможно, не знают точно, но с ограничениями на то, насколько хорошо они их знают.
|
|
|
|
Например, новый подход может учитывать, что фильтры в телескопе могут смещаться со временем, изменяя количество света, проходящего от сверхновой. Такая гибкость повышает точность анализа, и ее было трудно включить в предыдущие методы.
|
|
|
|
Усовершенствованный подход к анализу будет использован для включения дополнительных сверхновых. В течение следующего года исследователи планируют добавить еще три набора данных, один из которых содержит данные о сверхновых с низким красным смещением и два - о сверхновых с большим красным смещением, которые находятся дальше во времени.
|
|
|
|
"Мы хотели установить исходную точку, прежде чем мы начнем исследовать несколько сотен новых сверхновых с низким красным смещением, что является одной из областей, где калибровка наиболее важна и где у нас пока одни из самых слабых наборов данных для получения результатов", - сказал Грег Олдеринг, соавтор статьи и физик в лаборатории Беркли, который руководил близлежащим проектом "Фабрика сверхновых".
|
|
|
|
"Мы думаем, что действительно понимаем калибровку так, как никто раньше не понимал, и мы рады добавить больше сверхновых и посмотреть, что они могут рассказать нам о темной энергии".
|
|
|
|
Новая система анализа также поможет учесть данные о десятках и сотнях тысяч дополнительных вспышек сверхновых, ожидаемых от обсерватории Веры Рубин NSF/DOE (которая недавно опубликовала свои первые снимки) и космического телескопа НАСА "Нэнси Грейс Роман" в течение ближайшего десятилетия.
|
|
|
|
Чтобы составить более полную картину того, как устроена наша Вселенная, исследователи могут затем объединить свои результаты с результатами дополнительных исследований темной энергии, в которых используются различные подходы. Другим ведущим в настоящее время методом исследования изменения темной энергии во времени является измерение того, как галактики группируются — характерная особенность, известная как барионные акустические колебания, или BAO. Это измерение проводит DESI.
|
|
|
|
"BAO может заглянуть еще дальше во времени, когда темная энергия играла меньшую роль во Вселенной, а сверхновые особенно четко видны в более поздней вселенной", - сказал Перлмуттер. "Эти два метода становятся достаточно эффективными, чтобы мы могли по-настоящему начать говорить о моделях темной энергии. Мы долго ждали, когда достигнем этой точки".
|
|
|
|
Совместный результат использования supernovae и BAO также является ярким примером успешного подхода, который национальная лаборатория может привнести в научную сферу. Лаборатория Беркли поддержала десятилетнюю работу проекта по космологии сверхновых, которая привела к открытию ускорения Вселенной, а также к последующим исследованиям моделей темной энергии сверхновых, которые могли бы это объяснить.
|
|
|
|
Лаборатория также инициировала и возглавляет сотрудничество DESI с участием 70 учреждений, направленное на решение того же вопроса с помощью метода BAO, и руководит дополнительной серией проектов по изучению космического микроволнового фона (CMB), которые обеспечивают важнейшие измерения на ранних этапах развития Вселенной для исследований темной энергии.
|
|
|
|
Таким образом, исследователи из соседних офисов, расположенных в одном коридоре, помогли друг другу понять сильные и слабые стороны двух изменяющихся во времени подходов к изучению темной энергии - сверхновых и BAO, поскольку они были объединены с CMB для получения совместных результатов. Эти проекты также вдохновляли исследовательские программы друг друга, помогая создавать эти амбициозные, ведущие в мире проекты, в которых используются одни из крупнейших телескопов на земле и в космосе.
|
|
|
|
Источник
|
