Нова модель показує, що колір галактики говорить про відстань до неї

Команда Університету Людвіга Максиміліана (LMU) створила модель для виявлення того, що колір галактики говорить про її відстань, щоб використовувати її для вимірювання космічних структур. Нашому Всесвіту близько 13,8 мільярда років. Протягом цього часу найдрібніші початкові асиметрії переросли у великомасштабні структури, які ми можемо бачити в наші телескопи на нічному небі: галактики, такі як наш Чумацький Шлях, скупчення галактик і навіть більші скупчення матерії або ниток. газу та пилу.

Швидкість цього зростання залежить, принаймні в сучасному Всесвіті, від свого роду боротьби між природними силами: чи зможе темна матерія, яка утримує все разом завдяки своїй гравітації та притягує додаткову матерію, протистояти темній енергії, яка штовхає Всесвіт ще далі один від одного?

«Якщо ми зможемо точно виміряти структури в небі, тоді ми зможемо спостерігати цю боротьбу», — каже астрофізик LMU Даніель Грюн.

Тут на допомогу приходять проекти телескопічного спостереження, які дуже точно фіксують на зображеннях великі ділянки неба. Наприклад, є дослідження темної енергії з телескопом Blanco в Чилі та нещодавно введений в експлуатацію супутник Euclid. Вчені LMU протягом багатьох років брали участь в обох проектах, у тому числі на керівних посадах.

Найбільший набір даних, оцінений на сьогодні

Хоча точно визначити відстань до окремих структур і галактик від нас не завжди легко, це життєво важливо. Зрештою, чим далі знаходиться галактика, тим довше її світло подорожує до нас, тому знімок Всесвіту, отриманий у результаті її спостереження, є старшим. Важливим джерелом інформації є спостережуваний колір галактики, який вимірюють за допомогою наземних телескопів, таких як Бланко, або супутників, таких як Евклід.

Нове дослідження, проведене групою під керівництвом Джеймі Маккалоу та Даніеля Грюна, яке було опубліковано в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, проаналізувало найбільший на сьогодні набір даних і пролило світло на те, що колір різних галактик насправді говорить про їх справжня відстань.

В принципі, відстань до галактики можна точно визначити за допомогою спектроскопії. Це передбачає вимірювання спектральних ліній віддалених галактик. Оскільки Всесвіт розширюється в цілому, вони, здається, мають більшу довжину хвилі, чим далі від нас розташована галактика. Це пов’язано з тим, що світлові хвилі далеких галактик простягаються на довгий шлях до нас.

Цей ефект, відомий як червоне зміщення, також змінює видимі кольори, які прилади вимірюють на зображенні галактики. Вони здаються червонішими, ніж є насправді. Це схоже на ефект Доплера, який ми чуємо у висоті звуку сирени машини швидкої допомоги, коли вона проїжджає повз нас і віддаляється.

Немає двох однакових галактик

Джеймі Маккалоу є докторантом LMU та Стенфордського університету. Для свого аналізу вона використала спектроскопічні вимірювання з Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) у поєднанні з найбільшим на сьогодні набором даних для точного вимірювання кольорів галактик (KiDS-VIKING).

Зокрема, автори об’єднали спектроскопічні дані DESI про 230 000 галактик із кольорами цих галактик під час огляду KiDS-VIKING і використали цю інформацію, щоб визначити зв’язок між відстанню галактики до нас та її спостережуваним кольором і яскравістю. У Всесвіті немає двох однакових галактик, але для кожного класу подібних галактик існує особливий зв’язок між спостережуваним кольором і червоним зміщенням.

«Якщо ми зможемо поєднати інформацію про відстань із вимірюваннями форми галактик, ми зможемо зробити висновок про великомасштабні структури на основі спотворень світла», — каже Джеймі Маккалоу.

Результати дослідження дозволяють статистично визначити справжню відстань кожної галактики, яка спостерігається на зображеннях, зроблених Euclid або Dark Energy Survey.

Аналізуючи спостережувані спотворення зображень галактик, вчені зможуть дізнатися дещо про поведінку космічних структур сьогодні та мільярди років тому та краще зрозуміти їх. Це дасть змогу зрозуміти еволюційну історію Всесвіту.

Щоб мати можливість спостерігати хід формування структури в часі, не потрібно чекати мільярди років; досить виміряти структуру на різних відстанях від Землі. За допомогою самих зображень це майже неможливо, оскільки ви не можете просто визначити відстань галактики до нашої за її зовнішнім виглядом на зображенні. Дослідження Джеймі Маккалоу містить ключ до цієї проблеми, створюючи модель того, що видимий «колір» галактики говорить нам про її відстань від нас.

Спостереження за боротьбою темної матерії та темної енергії

Головна мета цього точного спостереження та розподілу галактик на різних відстанях полягає в тому, щоб отримати уявлення про велику боротьбу між природними силами темної матерії та темної енергії.

«Щоб дійсно побачити, що відбувається, ви повинні мати можливість спостерігати за окремими раундами цього матчу», — каже Грюн. Це пояснюється тим, що темна енергія готова наздогнати та потенційно зупинити утворення більших накопичень маси у Всесвіті взагалі.

«Тільки тоді ми зрозуміємо, що насправді таке темна матерія і темна енергія, і які з них в кінцевому підсумку переважать».