Космологи створили найбільшу мапу розподілу речовини у Всесвіті. Виявилося, що матерія розповсюджена рівномірніше, ніж вважали. Мапу створили за результатами проекту Dark Energy Survey (DES) на основі ефекту слабкого гравітаційного лінзування — вимірювання того, як маса викривлює світло. Уперше за допомогою цього методу вдалося виміряти окремі властивості космічної еволюції з точністю, яка наближається до мапи космічного мікрохвильового фону (CMB), котру прийнято вважати “золотим стандартом” в космології. “З цими результатами ми більше не є “бідними родичами” інших методів, — каже керівник проекту DES Джошуа Фрідман, космолог із Національної лабораторії прискорення частинок ім. Енріко Фермі (FermiLab) в Батавії (Іллінойс). — Тепер ми маємо результати, які відповідають суворим стандартам в космології”.
Утім, є ще деякі розходження з попередніми спостереженням та вимірюваннями, зокрема щодо скупчення (“грудкуватості”) матерії, але вони лежать в межах допустимої похибки. Тією мірою, як DES наносить на мапу дедалі більші об’єми космічного простору, стане ясно, чи ці розходження справжні, — каже космолог Ентоні Тайсон з Каліфорнійського університету в Дейвісі, піонер використання методу слабкого гравітаційного лінзування. — Я вірю, що вони були дуже обережні і консервативні у своїх інтерпретаціях”.
Проект DES — це співробітництво понад 400 вчених. Він збирає дані, використовуючи 4-метровий телескоп Victor M. Blanco в Чилі. Проект стартував у 2013 році, а теперішня мапа ґрунтується на результатах спостереження за 26 млн галактик та їх видимими формами у південній частині неба, яке провели у перший рік роботи проекту.
Згідно з загальною теорією відносності Альберта Айнштайна, маса викривлює простір. Отже, великі скупчення матерії з переднього краю галактики повинні викривлювати її світло у такий спосіб, що вона виглядає дещо сплющеною. Важливо, що це може бути як звичайна видима матерія, так і загадкова темна матерія. Галактики можуть виглядати приплюснутими і з інших причин, включаючи їх власні форми і орієнтації. Але якщо багато галактик в певній частині неба видаються скошеними в один бік, то це точна ознака саме гравітаційного лінзування.
Проаналізувавши ці дані, космологи з DES створили мапу розподілу матерії у Всесвіті так само, як це раніше було зроблено для СMB на основі спостережень космічного телескопу “Планк” ЄКА. Але порівняно з результатами “Планка”, DES виявив дещо меншу кількість темної матерії — 26% проти 29%. Видима матерія становить не більше 5% наповнення Всесвіту, тоді як решта припадає на темну енергію — загадкову субстанцію, яка змушує Всесвіт прискорено розширюватися.
Але найбільше інтригує розходження спостережень DES і “Планка” за “грудкуватістю” матерії. Якщо на початку існування Всесвіту приблизно 14 млрд років тому звичайна і темна матерія були розподілені рівномірно, то сьогодні внаслідок гравітаційного притягання вона сформувала павутиноподібну структуру з кластерів та волокон із гігантськими пустотами — войдами — всередині. Порівняно з результатами “Планка”, DES виявив на 7% меншу концентрацію матерії. Цікаво, що минулого року такий самий результат показав і інший проект на основі слабкого гравітаційного лінзування Kilo Degree Survey (KiDS). Тож тепер вчені ламають голову, як пояснити таке розходження.
Якщо виявиться, що це не результат помилки, то це означатиме, що протягом космічної історії скупчення маси відбувалося повільніше. А в основі цього може лежати якась невідома фізика, як-от несподівані взаємодії між темною матерією і темною енергією, а також невідомі типи нейтрино.
Хоча протягом кількох останніх десятиліть космологічні спостереження плавно рухалися в бік цілісної і детально картини Всесвіту, лише метод слабкого гравітаційного лінзування не хоче узгоджуватися з рештою вимірювань, що не дає астрономам спокою. “Ці вимірювання є приголомшливими тестами космологічних моделей, а їх точність стає дедалі кращою і кращою”, — каже астроном Венді Фрідман з Чиказького університету в Іллінойсі.
У 2018 році DES завершить збирати дані з 1/8 неба, а їх аналіз буде доступний десь 2020-го, — повідомляє Джошуа Фрідман. В результаті науковці проекту прагнуть створити мапу достатньо великого регіону Всесвіту, щоб побачити детальний розподіл темної матерії протягом його еволюції. “Це дивовижно. Виглядає на те, що в слабкого гравітаційного лінзування яскраве майбутнє”, — каже Ентоні Тайсон.
Davide Castelvecchi
Cosmic map reveals a not-so-lumpy Universe
Nature, 03/08/2017
Зреферував Євген Ланюк
12.08.2017