Крупнейшая трехмерная карта Вселенной подтвердила проблемы с темной энергией

Согласно современным представлениям, темная энергия составляет 68% всей энергии Вселенной, но ее природа остается необъяснимой. Стандартная модель Lambda-CDM описывает ее как неизменную космологическую константу. Однако измерения последних лет выявили противоречия: например, скорость расширения Вселенной в разные эпохи не совпадает с предсказаниями.

Проект DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), запущенный в 2021 году, призван разрешить эти загадки, создавая детальную карту распределения галактик и квазаров за 11 миллиардов лет космической истории. В проекте участвуют более 900 исследователей более чем из 70 учреждений.

Сам спектроскопический инструмент DESI установлен на четырехметровом телескопе имени Николаса Мэйалла в Аризоне. Его ключевая особенность — система из 5000 автоматически настраиваемых оптических волокон. Каждое волокно, толщиной с человеческий волос, точно позиционируется роботизированными приводами и улавливает свет от отдельной галактики, квазара или звезды.

За одну экспозицию, которая длится 20 минут, DESI собирает спектры 5000 объектов. За ночь инструмент успевает провести до 15 таких циклов, увеличивая общий объем данных до 100 000 объектов за раз. Спектры объектов анализируют с помощью суперкомпьютеров Национального центра суперкомпьютерных вычислений NERSC, расстояние до каждого объекта определяют с точностью до 0,1%.

Как Naked Science писал ранее, за первый год работы DESI стал крупнейшим из когда-либо проводившихся спектроскопических исследований красного смещения, иногда собирая данные более чем об одном миллионе объектов за один месяц. Для сравнения, его предшественник Sloan Digital Sky Survey (SDSS) за 25 лет работы собрал данные о девяти миллионах уникальных объектов.

На этот раз исследователи опубликовали сразу два набора данных. Первый из них, DR1, содержит информацию за 13 месяцев наблюдений: 13,1 миллиона галактик, 1,6 миллиона квазаров и четыре миллиона звезд. Объем данных — 270 терабайт, что в 10 раз больше предыдущего релиза. Карта охватывает эпохи от современности до времени, когда возраст Вселенной составлял 2,5 миллиарда лет.

Второй набор данных DR2 добавил 14 миллионов галактик и квазаров. В нем ученые измерили барионные акустические осцилляции BAO — «отпечатки» звуковых волн ранней Вселенной. Эти структуры, которые растянулись до масштабов в 500 миллионов световых лет, служат «стандартной линейкой» для оценки скорости расширения Вселенной. Точность измерений BAO в DR2 достигла 0,65% — в два раза выше, чем у предыдущих проектов вроде Слоановского цифрового обзора неба SDSS.

Исследователи также сопоставили данные DESI с наблюдениями реликтового излучения CMB, сверхновых и гравитационного линзирования, чтобы исследовать свойства темной энергии. Полученные соотношения подкрепили предыдущие выводы о том, что влияние темной энергии может ослабевать со временем. Совместный анализ выявил отклонения от Lambda-CDM на уровне до 4,2 сигма, что все еще ниже пяти сигм — золотого стандарта в физике, своего рода порога подтвержденного открытия.

Хотя опубликованные данные — лишь малая часть того, что в итоге получат с помощью DESI, уже в них содержится более чем в два раза больше внегалактических объектов, чем собрали во всех предыдущих трехмерных исследованиях, вместе взятых. Далее DESI продолжит сбор данных до 2026 года, увеличив выборку до 50 миллионов объектов. Уже сейчас ясно: если тенденция подтвердится, стандартную модель космологии придется пересмотреть.