Instrument spektroskopowy ciemnej energii ([{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>DESI) has made significant contributions to understanding the universe’s structure over the past 11 billion years, confirming Einstein’s theory of general relativity on a cosmic scale.
Through extensive data analysis of nearly 6 million galaxies and quasars, DESI has provided new insights into the growth of cosmic structures, the mass of neutrinos, and the distribution of dark matter and energy. As DESI continues to gather data, expectations are high for revealing more about the evolving nature of dark energy and the universe’s expansion.
Cosmic Growth and Gravity Testing With DESI
Gravity has shaped the cosmos we see today. Its pull transformed small differences in the amount of matter present in the early universe into the sprawling galaxy clusters and structures that fill space. A groundbreaking study using data from the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) has mapped the growth of this cosmic structure over the past 11 billion years, offering the most precise test of gravity on vast scales ever conducted.
DESI is a global effort involving over 900 researchers from more than 70 institutions, coordinated by the Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). This study confirmed that gravity behaves exactly as predicted by Einstein’s theory of general relativity, reinforcing the current model of the universe. These findings also place stricter limits on alternative theories of modified gravity, which scientists have explored to explain phenomena like the accelerating expansion of the universe, commonly linked to dark energy.
Ta symulacja pokazuje, jak większa lub mniejsza grawitacja wpływa na położenie obserwowanych galaktyk, zmieniając sposób ich skupienia na mapie galaktyk. Ponieważ różne modele grawitacji przewidują różne skupiska galaktyk, badacze DESI mogą porównywać obserwacje z symulacjami, aby testować grawitację w skalach kosmicznych. Źródło: współpraca Claire Lamman i Michaela Rashkovetskyi / DESI
Weryfikacja teorii Einsteina w skalach kosmicznych
„Ogólna teoria względności została bardzo dobrze przetestowana w skali układów słonecznych, ale musieliśmy także sprawdzić, czy nasze założenie sprawdza się w znacznie większej skali” – powiedziała Pauline Zarrouk, kosmolog z francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNRS) pracująca w Laboratorium Fizyki Jądrowej i Wysokich Energii (LPNHE), który był współkierownikiem nowej analizy. „Badanie tempa powstawania galaktyk pozwala nam bezpośrednio przetestować nasze teorie i jak dotąd pokrywamy się z przewidywaniami ogólnej teorii względności w skalach kosmologicznych.”
Badanie dostarczyło także nowych górnych limitów mas neutrin, jedynych cząstek elementarnych, których masy nie zostały jeszcze dokładnie zmierzone. 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.
Zaawansowana analiza z wykorzystaniem danych DESI
Współpraca DESI podzieliła się swoimi wynikami w kilka papierów opublikowany dzisiaj w repozytorium internetowym arXiv. W złożonej analizie wykorzystano prawie 6 milionów galaktyk i kwazarów, co pozwoliło naukowcom zajrzeć w przeszłość nawet o 11 miliardów lat. Dysponując danymi z zaledwie jednego roku, DESI dokonał najdokładniejszego ogólnego pomiaru wzrostu struktury, przewyższając poprzednie wysiłki, których wykonanie zajmowało dziesięciolecia.
Dzisiejsze 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.
„Zarówno wyniki naszego BAO, jak i analiza pełnego kształtu są spektakularne” – powiedział Dragan Huterer, profesor na Uniwersytecie Michigan i współprzewodniczący grupy DESI zajmującej się interpretacją danych kosmologicznych. „Po raz pierwszy DESI przyjrzało się rozwojowi struktury kosmicznej. Pokazujemy ogromną nową możliwość badania zmodyfikowanej grawitacji i ulepszania ograniczeń modeli ciemnej energii. A to tylko wierzchołek góry lodowej.”
W tym 360-stopniowym filmie możesz odbyć interaktywny lot przez miliony galaktyk mapowanych przy użyciu danych o współrzędnych z DESI. Źródło: Fiske Planetarium, współpraca CU Boulder i DESI
Wgląd w ciemną materię i perspektywy na przyszłość
DESI to najnowocześniejszy instrument, który może jednocześnie przechwytywać światło z 5000 galaktyk. Został zbudowany i jest obsługiwany dzięki funduszom z Biura Nauki DOE. DESI jest zamontowany na 4-metrowym teleskopie Nicholasa U. Mayalla należącym do amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki Narodowe Obserwatorium Kitt Peak (program NSF NOIRLab). Eksperyment trwa obecnie czwarty z pięciu lat i planuje zebrać około 40 milionów galaktyk i kwazarów do czasu zakończenia projektu.
Partnerzy analizują obecnie zebrane dane z pierwszych trzech lat i spodziewają się przedstawić zaktualizowane pomiary ciemnej energii oraz historię ekspansji naszego Wszechświata wiosną 2025 r. Opublikowane dzisiaj rozszerzone wyniki DESI są zgodne z wcześniejszymi preferencjami eksperymentu dotyczącymi ewoluującej ciemnej energii, co zwiększa oczekiwanie na nadchodzącą analizę.
„Ciemna materia stanowi około jednej czwartej Wszechświata, a ciemna energia kolejne 70 procent, a tak naprawdę nie wiemy, czym jest żadna z nich” – powiedział Mark Maus, doktorant w Berkeley Lab i UC Berkeley, który pracował nad potoki modelowania teorii i walidacji na potrzeby nowej analizy. „Pomysł, że możemy robić zdjęcia wszechświata i stawiać czoła tym ważnym, fundamentalnym pytaniom, jest oszałamiający”.
DESI jest wspierany przez Biuro Naukowe DOE i Narodowe Centrum Obliczeniowe Naukowego Badań nad Energią, obiekt użytkownika Biura Naukowego DOE. Dodatkowego wsparcia dla DESI zapewnia amerykańska Narodowa Fundacja Nauki; Rada ds. Obiektów Naukowych i Technologicznych Wielkiej Brytanii; Fundacja Gordona i Betty Moore; Fundacja Heisinga-Simonsa; francuska Komisja ds. Energii Alternatywnych i Energii Atomowej (CEA); Krajowa Rada Nauk Humanistycznych, Nauk i Technologii Meksyku; Ministerstwo Nauki i Innowacji Hiszpanii; oraz przez instytucje członkowskie DESI.
Współpraca DESI jest zaszczycona otrzymaniem pozwolenia na prowadzenie badań naukowych na I’oligam Du’ag (Szczyt Kitt), górze o szczególnym znaczeniu dla narodu Tohono O’odham.
