Вчені проливають нове світло на темну енергію

Спостереження Едвіна Хаббла за далекими галактиками в 1920-х роках привели до революційного висновку, що наш Всесвіт знаходиться в стані розширення. Однак лише в 1998 році вчені, які вивчають наднові типу Ia, дійшли приголомшливого відкриття. Вони виявили, що Всесвіт не тільки зростав, але й прискорювався його розширення.

«Щоб пояснити це прискорення, нам потрібне джерело», — каже Джо Мор, астрофізик з LMU. «І ми називаємо це джерело «темною енергією», яка забезпечує свого роду «антигравітацію», щоб прискорити розширення космосу».

З наукової точки зору існування темної енергії та космічного прискорення є несподіванкою, і це вказує на те, що наше поточне розуміння фізики або неповне, або неправильне. Значення прискореного розширення було підкреслено у 2011 році, коли його першовідкривачі отримали Нобелівську премію з фізики.

«Тим часом природа темної енергії стала наступною проблемою, яка отримала Нобелівську премію», — каже Мор.

Тепер І-Нон Чіу з Національного університету Ченг Кунг у Тайвані, працюючи у співпраці з астрофізиками LMU Маттіасом Кляйном, Себастьяном Бокке та Джо Мором, опублікував перше дослідження темної енергії за допомогою рентгенівського телескопа eROSITA, яке фокусується на скупченнях галактик.

Антигравітація, ймовірно спричинена темною енергією, відштовхує об’єкти один від одного та пригнічує утворення великих космічних об’єктів, які інакше утворилися б через силу тяжіння. Таким чином, темна енергія впливає на те, де і як формуються найбільші об’єкти у Всесвіті, а саме скупчення галактик із загальною масою від 1013 до 1015 мас Сонця.

«Ми можемо багато чого дізнатися про природу темної енергії, підраховуючи кількість скупчень галактик, утворених у Всесвіті як функцію часу — або у світі спостережень як функцію червоного зсуву», — пояснює Кляйн.

Однак скупчення галактик надзвичайно рідкісні, і їх важко знайти, що вимагає огляду великої частини неба за допомогою найчутливіших телескопів у світі. З цією метою у 2019 році був запущений рентгенівський космічний телескоп eROSITA – проєкт під керівництвом Інституту позаземної фізики Макса Планка (MPE) у Мюнхені – для проведення огляду всього неба для пошуку скупчень галактик.

У eROSITA Final Equatorial-Depth Survey (eFEDS), міні-дослідженні, призначеному для перевірки ефективності наступного огляду всього неба, було знайдено близько 500 скупчень галактик. Це одне з найбільших зразків скупчень галактик із малою масою на сьогодні та охоплює останні 10 мільярдів років космічної еволюції.

Для свого дослідження Чіу та його колеги використали додатковий набір даних на додаток до даних eFEDS – оптичні дані зі стратегічної програми Hyper Suprime-Cam Subaru, яку очолюють астрономічні спільноти Японії та Тайваню та Прінстонський університет.

Колишній докторант LMU І-Нон Чіу та його колеги з LMU використовували ці дані, щоб охарактеризувати скупчення галактик в eFEDS і виміряти їх маси за допомогою процесу слабкого гравітаційного лінзування. Поєднання двох наборів даних уможливило перше космологічне дослідження з використанням скупчень галактик, виявлених eROSITA.

Їх результати показують, що, порівнюючи дані з теоретичними прогнозами, темна енергія становить близько 76% загальної щільності енергії у Всесвіті. Крім того, розрахунки показали, що щільність енергії темної енергії виявляється рівномірною в просторі та постійною в часі.

«Наші результати також добре узгоджуються з іншими незалежними підходами, такими як попередні дослідження скупчень галактик, а також ті, що використовують слабкі гравітаційні лінзи та космічний мікрохвильовий фон», — говорить Бокке. Наразі всі дані спостережень, включаючи останні результати eFEDS, свідчать про те, що темну енергію можна описати простою константою, яку зазвичай називають «космологічною константою».

«Хоча поточні похибки щодо обмежень темної енергії все ще більші, ніж ми хотіли б, у цьому дослідженні використовується зразок з eFEDS, який, зрештою, займає площу менше ніж 1% повного неба», — говорить Мор. Таким чином, цей перший аналіз заклав міцну основу для майбутніх досліджень зразка повного неба eROSITA, а також інших кластерних зразків. Джерело