Новые данные DESI проливают свет на гравитационное притяжение во Вселенной

DESI наблюдает за небом с телескопа Mayall, показанного здесь во время метеорного потока Геминиды 2023 года. Автор: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. Sparks

DESI — это международное сотрудничество более 900 исследователей из более чем 70 учреждений по всему миру, которым руководит Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли Министерства энергетики США (Berkeley Lab).

«Общая теория относительности была очень хорошо проверена в масштабах солнечных систем, но нам также нужно было проверить, работает ли наше предположение в гораздо больших масштабах», — сказала Полин Заррук, космолог из Французского национального центра научных исследований (CNRS), работающая в Лаборатории ядерной и высокоэнергетической физики (LPNHE), которая была одним из руководителей нового анализа.

«Изучение скорости формирования галактик позволяет нам напрямую проверять наши теории, и на данный момент мы совпадаем с тем, что предсказывает общая теория относительности в космологических масштабах».

Исследование также предоставило новые верхние пределы массы нейтрино — единственных фундаментальных частиц, массы которых до сих пор точно не измерены.

Предыдущие эксперименты с нейтрино показали, что сумма масс трех типов нейтрино должна быть не менее 0,059 эВ/ ^c2. (Для сравнения, масса электрона составляет около 511 000 эВ/ ^c2.) Результаты DESI показывают, что сумма должна быть менее 0,071 эВ/ ^c2, что оставляет узкое окно для масс нейтрино.

Сотрудничество DESI поделилось своими результатами в нескольких статьях, опубликованных в онлайн-репозитории arXiv. Комплексный анализ использовал около 6 миллионов галактик и квазаров и позволяет исследователям заглянуть в прошлое на 11 миллиардов лет. Имея данные всего за один год, DESI провел самое точное общее измерение роста структуры, превзойдя предыдущие усилия, на которые уходили десятилетия.

Эти результаты представляют собой расширенный анализ данных DESI за первый год, в результате которого в апреле была создана самая большая на сегодняшний день трехмерная карта Вселенной и выявлены намеки на то, что темная энергия может со временем эволюционировать.

Результаты апреля рассматривали особую особенность кластеризации галактик, известную как барионные акустические колебания (BAO). Новый анализ, называемый «анализом полной формы», расширяет область для извлечения большего количества информации из данных, измеряя, как галактики и материя распределены в разных масштабах в пространстве.

Исследование потребовало месяцев дополнительной работы и перекрестных проверок. Как и предыдущее исследование, оно использовало технику сокрытия результата от ученых до самого конца, что смягчало любую неосознанную предвзятость.

«И наши результаты BAO, и анализ полной формы просто потрясающие», — сказал Драган Хутерер, профессор Мичиганского университета и соруководитель группы DESI, интерпретирующей космологические данные.

«DESI впервые рассмотрел рост космической структуры. Мы демонстрируем колоссальную новую способность исследовать измененную гравитацию и улучшать ограничения на модели темной энергии. И это только вершина айсберга».

Спектроскопический прибор темной энергии, снимающий ночное небо в 2022 году. Автор: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/T. Slovinský

DESI — это современный инструмент, который может улавливать свет от 5000 галактик одновременно. DESI установлен на 4-метровом телескопе Николаса У. Мейолла Национального научного фонда США в Национальной обсерватории Китт-Пик (программа NSF NOIRLab). Эксперимент в настоящее время исследует небо четвертый год из пяти и планирует собрать около 40 миллионов галактик и квазаров к моменту окончания проекта.

В настоящее время участники коллаборации анализируют собранные за первые три года данные и планируют представить обновленные измерения темной энергии и истории расширения нашей Вселенной весной 2025 года. Расширенные результаты DESI согласуются с более ранним предположением эксперимента о развивающейся темной энергии, что усиливает ожидания предстоящего анализа.

«Темная материя составляет около четверти Вселенной, а темная энергия составляет еще 70%, и мы на самом деле не знаем, что это такое», — сказал Марк Маус, аспирант в Berkeley Lab и UC Berkeley, который работал над теорией и проверочными моделями для нового анализа. «Идея о том, что мы можем делать снимки Вселенной и решать эти большие фундаментальные вопросы, просто ошеломляет».

Сотрудничество DESI удостоено чести провести научное исследование на горе Иолигам Дуаг (Китт-Пик), имеющей особое значение для народа тохоно-оодхам.

Больше информации: data.desi.lbl.gov/doc/papers/

Источник: Lawrence Berkeley National Laboratory