DESIAnaliza prawie sześciu milionów galaktyk rozciągających się na przestrzeni 11 miliardów lat dostarcza przekonujących dowodów na to, że kosmiczne gromadzenie jest zgodne z ogólną teorią względności Einsteina.
Odkrycia potwierdzają wiodący model wszechświata i udoskonalają ograniczenia alternatywnych teorii, oferując bezprecedensowy wgląd w ciemną energię i grawitację.
Walidacja wiodącego modelu Wszechświata
Wykorzystując dane z pierwszego roku, Instrument Spektroskopowy Ciemnej Energii (DESI), znajdujący się na szczycie góry w Arizonie, sporządził mapę wzrostu struktur kosmicznych na przestrzeni większej części historii Wszechświata. Analiza ta zapewnia najdokładniejszy jak dotąd test działania grawitacji w największych skalach.
Odkrycia potwierdzają obecnie wiodący model Wszechświata, zawężając jednocześnie alternatywne teorie zmodyfikowanej grawitacji, których celem jest wyjaśnienie przyspieszonej ekspansji Wszechświata.
DESI to globalna współpraca ponad 900 badaczy z ponad 70 instytucji, zarządzana przez Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych.
DESI zawiera 5000 „oczu” światłowodów, z których każde może zebrać światło z galaktyki w zaledwie 20 minut. Profesorowie Peter Doel i David Brooks z fizyki i astronomii UCL pomogli zaprojektować, zmontować i zbudować korektor optyczny DESI – sześć soczewek, z których największa ma średnicę 1,1 m, które skupiają światło na „oczach”. Konstrukcja korektora optycznego została wsparta technologią STFC. (W DESI zaangażowanych jest także czterech innych pracowników UCL i ich współpracowników na początku kariery, a także naukowcy z sześciu innych brytyjskich uniwersytetów.)
Niezwykłe odkrycia w pomiarach kosmicznych
Dysponując danymi z zaledwie jednego roku, DESI dokonał najdokładniejszego ogólnego pomiaru wzrostu struktury Wszechświata, przewyższając wcześniejsze wysiłki, których dokonanie trwało dziesięciolecia.
Profesor Ofer Lahav (UCL Physics & Astronomy), współpracownik DESI i członek jego Komitetu Wykonawczego, powiedział: „Grupowanie galaktyk DESI w ogromnych skalach kosmologicznych w spektakularny sposób potwierdza teorię grawitacji Einsteina, a także mówi nam o ciemnej materii i ciemności energia. Co ciekawe, gromadzenie się galaktyk wyznacza również górne granice jeszcze nieznanej masy maleńkich cząstek zwanych neutrinami, ponieważ ich obecność wpływa na rozwój struktury.”
Więzy masowe neutrin i teorie grawitacyjne
Poprzednie eksperymenty z neutrinami wykazały, że suma mas trzech typów neutrin powinna wynosić co najmniej 0,059 eV/c2. (Dla porównania elektron ma masę około 511 000 eV/c2.) Wyniki DESI wskazują, że suma powinna być mniejsza niż 0,071 eV/c2pozostawiając wąskie okno dla mas neutrin.
Dr Pauline Zarrouk, kosmolog z francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNRS) pracująca w Laboratorium Fizyki Jądrowej i Wysokich Energii (LPNHE), która współprowadziła nową analizę, powiedziała: „Ogólna teoria względności wypadła bardzo dobrze testowaliśmy w skali układów słonecznych, ale musieliśmy także sprawdzić, czy nasze założenie sprawdza się w znacznie większej skali. Badanie tempa powstawania galaktyk pozwala nam bezpośrednio przetestować nasze teorie i jak dotąd pokrywamy się z przewidywaniami ogólnej teorii względności w skalach kosmologicznych.”
Wgląd historyczny i rozszerzona analiza
Uczestnicy współpracy, w tym współautorzy z UCL, udostępnili wyniki w kilku artykułach opublikowanych w internetowym repozytorium arXiv. W złożonej analizie wykorzystano prawie 6 milionów galaktyk i kwazarów, co pozwoliło naukowcom zajrzeć w przeszłość nawet o 11 miliardów lat.
Nowe wyniki stanowią rozszerzoną analizę danych z pierwszego roku DESI, która w kwietniu stworzyła największą jak dotąd trójwymiarową mapę naszego Wszechświata i ujawniła wskazówki, że ciemna energia może ewoluować w czasie. W kwietniowych wynikach przyjrzano się szczególnej właściwości gromad galaktyk, znanej jako barionowe oscylacje akustyczne (BAO). Nowa analiza, zwana „analizą pełnego kształtu”, poszerza zakres w celu wydobycia większej ilości informacji z danych, mierząc rozkład galaktyk i materii w różnych skalach w przestrzeni. Badanie wymagało miesięcy dodatkowej pracy i kontroli krzyżowych. Podobnie jak w poprzednim badaniu, zastosowano w nim technikę ukrywania wyników przed naukowcami do samego końca, łagodząc wszelkie nieświadome uprzedzenia.
Profesor Dragan Huterer z Uniwersytetu Michigan, współprzewodniczący grupy DESI zajmującej się interpretacją danych kosmologicznych, powiedział: „Zarówno nasze wyniki BAO, jak i analiza pełnego kształtu są spektakularne. Po raz pierwszy DESI przyjrzało się rozwojowi struktury kosmicznej. Pokazujemy ogromną nową zdolność badania zmodyfikowanej grawitacji i ulepszania ograniczeń modeli ciemnej energii. A to tylko wierzchołek góry lodowej.”
Więcej informacji na temat tego badania:
Więcej o DESI
DESI został zaprojektowany i jest obsługiwany przy wsparciu finansowym Biura Naukowego Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE). Instrument jest zainstalowany na 4-metrowym teleskopie Nicholasa U. Mayalla w Obserwatorium Narodowym Kitt Peak w Arizonie, będącym częścią fundacji amerykańskiej National Science Foundation (NSF). NOIRLab program. Obecnie, w czwartym roku pięcioletniego przeglądu nieba, DESI zamierza do zakończenia projektu sporządzić mapę około 40 milionów galaktyk i kwazarów.
W ramach współpracy analizowane są obecnie dane z pierwszych trzech lat obserwacji i spodziewamy się opublikować zaktualizowane pomiary ciemnej energii i historii ekspansji Wszechświata wiosną 2025 r. Najnowsze, ogłoszone dzisiaj wyniki, są zgodne z wcześniejszymi ustaleniami sugerującymi ewolucję ciemnej energii, co zwiększa oczekiwania do przyszłej analizy.
DESI otrzymuje fundusze od Biura Naukowego DOE i Narodowego Centrum Obliczeniowego Badań nad Energią (NERSC), obiektu użytkownika Biura Naukowego DOE. W Wielkiej Brytanii dodatkowego wsparcia udziela Rada ds. Obiektów Naukowo-Technologicznych (STFC).
Współpraca DESI z szacunkiem uznaje przywilej prowadzenia badań nad I’oligam Du’ag (Kitt Peak), miejscem o dużym znaczeniu kulturowym dla narodu Tohono O’odham.
