Вчені показали найточнішу карту всієї матерії у Всесвіті

Гігантські зусилля величезної міжнародної групи вчених щойно дали нам найточнішу карту всієї матерії у Всесвіті, отриману на сьогодні. Об’єднавши дані двох великих досліджень, міжнародна співпраця виявила, де Всесвіт зберігає, а де не зберігає все своє сміття – не лише звичайну матерію, з якої складаються планети, зірки, пил, чорні діри, галактики, але й темну матерію, а також: таємнича невидима маса, яка створює більшу гравітацію, ніж може пояснити звичайна матерія.

Отримана карта, що показує, де речовина накопичувалася протягом 13,8 мільярда років існування Всесвіту, стане цінним довідником для вчених, які прагнуть зрозуміти, як розвивався Всесвіт. Дійсно, результати вже показують, що речовина розподілена не зовсім так, як ми думали, що свідчить про те, що в поточній стандартній моделі космології може бути чогось не вистачає. Згідно з сучасними моделями, у момент Великого вибуху вся матерія у Всесвіті була конденсована в сингулярність: єдина точка нескінченної щільності та надзвичайної температури, яка раптово вибухнула та викинула кварки, які швидко об’єдналися, щоб утворити суп із протонів, нейтронів і ядер. Атоми водню та гелію з’явилися на кілька сотень тисяч років пізніше; з них створено весь Всесвіт.

Те, як ці перші атоми поширювалися, охолоджувались, злипалися разом, утворювали зірки, каміння та пил, — це детективна робота, яка базується на тому, як виглядає Всесвіт навколо нас сьогодні. І одна з головних підказок, яку ми використали, полягає в тому, де зараз знаходиться вся матерія, тому що вчені можуть працювати у зворотному напрямку, щоб з’ясувати, як вона туди потрапила. Але ми не можемо побачити все це. Насправді більшість матерії у Всесвіті – близько 75 відсотків – абсолютно невидимі для наших сучасних методів виявлення.

Ми виявили це лише опосередковано, оскільки воно створює сильніші гравітаційні поля, ніж це повинно бути, виходячи з кількості нормальної речовини. Це проявляється в таких явищах, як галактики, що обертаються швидше, ніж вони повинні, і невелика примха Всесвіту, яку ми називаємо гравітаційним лінзуванням. Коли щось у Всесвіті має достатню масу – наприклад, скупчення з тисяч галактик – гравітаційне поле навколо нього стає достатньо сильним, щоб впливати на кривизну самого простору-часу.

Це означає, що будь-яке світло, яке проходить через цю область простору, робить це по викривленій траєкторії, що призводить до викривленого та збільшеного світла. Ці лінзи також міцніші, ніж вони повинні бути, якби їх створювала лише звичайна матерія.

Щоб скласти карту матерії у Всесвіті, дослідники порівняли дані гравітаційних лінз, зібрані двома різними дослідженнями – Dark Energy Survey, яке збирало дані в довжинах хвиль у ближньому ультрафіолетовому, видимому та ближньому інфрачервоному діапазонах; і телескоп Південного полюса, який збирає дані про космічний мікрохвильовий фон, слабкі сліди радіації, що залишилися від Великого вибуху.

Перехресно порівнюючи ці два набори даних, отримані двома різними приладами, дослідники можуть бути набагато впевненішими у своїх результатах.

«Це функціонує як перехресна перевірка, тож стає набагато надійнішим вимірюванням, ніж якби ви просто використовували те чи інше», — каже астрофізик Чихвей Чанг з Чиказького університету, який був провідним автором однієї з трьох робіт, що описують працювати.

Провідними авторами двох інших робіт є фізик Юкі Оморі з Інституту космологічної фізики Кавлі та Чиказького університету та вчений-телескоп Тім Ебботт з Міжамериканської обсерваторії Серро Тололо NOIRLab. Отриману карту, засновану на положеннях галактик, лінзах галактик і лінзах космічного мікрохвильового фону, потім можна екстраполювати, щоб зробити висновок про розподіл матерії у Всесвіті.

Потім цю карту можна порівняти з моделями та симуляціями еволюції Всесвіту, щоб побачити, чи відповідає розподіл матерії, що спостерігається, теорії. Дослідники провели деякі порівняння та виявили, що їх карта здебільшого відповідає поточним моделям. Але не зовсім. Між спостереженням і прогнозом були дуже незначні відмінності; Дослідники з’ясували, що розподіл матерії є менш складним, більш рівномірним, ніж передбачають моделі.

Це свідчить про те, що наші космологічні моделі могли б змінитися.

Це не дуже дивно – є кілька невідповідностей між космологічними спостереженнями та теорією, які, здається, вказують на те, що ми десь упускаємо один-два приймання; і висновки команди узгоджуються з попередньою роботою, але чим точнішими та повнішими будуть наші дані, тим більша ймовірність усунути ці розбіжності.

Є ще багато роботи, яку потрібно зробити; висновки ще непевні. Додавання додаткових опитувань допоможе уточнити карту та підтвердити (або скасувати) висновки команди. І, звичайно, сама карта допоможе іншим вченим проводити власні дослідження таємничої та туманної історії Всесвіту.