- 19,427
- 40
- 8 Ноя 2022
Сверхновые намекнули, что вечное расширение отменяется…
Понадобилось около 50 вспышек сверхновых, чтобы перевернуть современную космологию. В 1998 году группа исследователей, изучавших свет от сверхновых типа Ia — взрывающейся разновидности белых карликов, — объявила о неожиданном открытии: Вселенная не просто расширяется, но делает это с ускорением. Это привело к рождению концепции т.н. Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся — неведомой силы, ответственной за ускоренное расширение, — за открытие которой позже была вручена Нобелевская премия.
С тех пор по всему миру с помощью разных телескопов и методик было зафиксировано более 2000 сверхновых типа Ia. Однако объединять их результаты — дело непростое: методы сбора данных сильно различаются, и без выравнивания этих различий их сравнение больше похоже на сопоставление яблок с апельсинами.
Чтобы добиться согласованности данных и уточнить роль тёмной энергии, учёные из международного проекта Supernova Cosmology Project (SCP) при национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (Berkeley Lab) создали крупнейшую в истории стандартизованную выборку сверхновых типа Ia. Этот массив получил название Union3.
Union3 включает 2 087 сверхновых из 24 различных наборов данных и охватывает более 7 миллиардов лет космической истории. Это более чем в 3,5 раза превышает объём предыдущего релиза Union2, опубликованного в 2010 году (557 объектов). Для приведения всех сверхновых к единой шкале исследователи анализировали их световые кривые — характерную последовательность яркости во времени, позволяющую оценить истинную светимость и откалибровать данные так, будто все они были получены при одних и тех же условиях.
Также учитывался красный сдвиг — показатель того, насколько свет от сверхновой сместился к красному участку спектра из-за расширения пространства. Поскольку яркость сверхновых предсказуема, их можно использовать как "стандартные свечи", чтобы точно измерять расстояния во Вселенной — аналогично тому, как можно оценить длину тёмного коридора по тому, насколько слабо горят идентичные свечи вдали.
Команда применила усовершенствованную Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся — байесовскую иерархическую модель (Bayesian Hierarchical Model), которая способна учитывать частичную информацию и вероятности ошибок. Она позволяет включать в расчёт даже параметры, точные значения которых неизвестны, но находятся в пределах определённой неопределённости. Например, метод способен учесть возможное изменение пропускной способности фильтров телескопа со временем, что ранее было крайне сложно корректно учитывать.
Обновлённая модель не только повысила точность результатов, но и подготовила базу для добавления новых сверхновых. В ближайший год планируется интеграция ещё трёх наборов данных: один из них содержит сверхновые с малым красным смещением (т.е. более близкие к нам), а два других — с высоким, что позволит заглянуть ещё дальше в прошлое Вселенной.
"Наша задача — установить чёткую базу, прежде чем добавлять сотни сверхновых с малым красным смещением. Именно в этой зоне откалиброванные данные пока наименее надёжны", — пояснил соавтор статьи и физик лаборатории Беркли Грег Олдеринг, руководитель проекта Nearby Supernova Factory. — "Но теперь мы уверены в нашей калибровке как никогда прежде и с нетерпением ждём, какие новые данные принесут нам эти сверхновые".
Анализ, проведённый с использованием выборки Union3, неожиданно указал на то, что тёмная энергия может не быть постоянной — она, возможно, меняется со временем. Это наблюдение пока не имеет достаточной статистической силы, чтобы делать категоричные выводы, но оно совпадает с независимыми результатами, полученными с помощью инструмента Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), который использует другой подход — измерение структуры скоплений галактик (т.н. барионные акустические осцилляции, BAO).
Более того, сходные результаты были получены и в рамках анализа сверхновых, проводимого с участием данных проекта Dark Energy Survey (DES), также поддерживаемого Министерством энергетики США. Таким образом, уже несколько разных подходов начинают указывать в одном направлении.
"Учёные пока не впрыгивают от восторга — мы подавляем преждевременное воодушевление, ведь всё это может исчезнуть с приходом новых данных", — говорит Соль Перлмуттер, лауреат Нобелевской премии и соавтор новой работы, — "Но с другой стороны, все уже выпрямились в креслах. То, что два независимых метода показывают расхождение с моделью ΛCDM — это действительно захватывающе. Мы наконец подходим к точности, при которой можно серьёзно сравнивать конкурирующие теории тёмной энергии".
ΛCDM — это доминирующая модель современной космологии, где Λ (лямбда) представляет собой постоянную тёмную энергию, а CDM — холодную тёмную материю. В рамках этой модели тёмная энергия считается неизменной по силе во времени. Однако если она действительно ослабевает, как намекают данные, это может радикально изменить наше понимание будущего Вселенной: она может не расширяться вечно, а начать замедляться, остановиться — или даже схлопнуться.
"Тёмная энергия — это почти 70% всей энергии во Вселенной, именно она ответственна за её расширение. Если она ослабевает, это означает, что расширение может начать замедляться", — пояснил Дэвид Рубин, первый автор публикации, профессор Гавайского университета и ключевой участник проекта SCP. — "Будет ли Вселенная расширяться вечно, остановится или начнёт сжиматься? Всё зависит от этого хрупкого баланса между тёмной энергией и материей".
Соединение сверхновых и измерений BAO демонстрирует уникальный вклад национальной лаборатории: именно лаборатория Лоуренса Беркли обеспечила научную основу как для первого открытия ускоренного расширения Вселенной, так и для всех последующих попыток уточнения моделей тёмной энергии. Там же была инициирована и руководится коллаборация DESI, включающая более 70 научных организаций и использующая крупнейшие Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся для уточнения структуры ранней Вселенной.
Теперь, когда в ближайшее десятилетие ожидаются сотни тысяч новых сверхновых от обсерватории Веры Рубин (NSF/DOE) и космического телескопа Nancy Grace Roman (NASA), созданный аналитический фундамент позволит объединить наблюдения разных миссий. В совокупности с данными о реликтовом излучении (CMB) и структурой галактик, всё это даст человечеству шансы раскрыть истинную природу тёмной энергии — того самого механизма, который управляет Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся .
Понадобилось около 50 вспышек сверхновых, чтобы перевернуть современную космологию. В 1998 году группа исследователей, изучавших свет от сверхновых типа Ia — взрывающейся разновидности белых карликов, — объявила о неожиданном открытии: Вселенная не просто расширяется, но делает это с ускорением. Это привело к рождению концепции т.н. Для просмотра ссылки Войди
С тех пор по всему миру с помощью разных телескопов и методик было зафиксировано более 2000 сверхновых типа Ia. Однако объединять их результаты — дело непростое: методы сбора данных сильно различаются, и без выравнивания этих различий их сравнение больше похоже на сопоставление яблок с апельсинами.
Чтобы добиться согласованности данных и уточнить роль тёмной энергии, учёные из международного проекта Supernova Cosmology Project (SCP) при национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (Berkeley Lab) создали крупнейшую в истории стандартизованную выборку сверхновых типа Ia. Этот массив получил название Union3.
Union3 включает 2 087 сверхновых из 24 различных наборов данных и охватывает более 7 миллиардов лет космической истории. Это более чем в 3,5 раза превышает объём предыдущего релиза Union2, опубликованного в 2010 году (557 объектов). Для приведения всех сверхновых к единой шкале исследователи анализировали их световые кривые — характерную последовательность яркости во времени, позволяющую оценить истинную светимость и откалибровать данные так, будто все они были получены при одних и тех же условиях.
Также учитывался красный сдвиг — показатель того, насколько свет от сверхновой сместился к красному участку спектра из-за расширения пространства. Поскольку яркость сверхновых предсказуема, их можно использовать как "стандартные свечи", чтобы точно измерять расстояния во Вселенной — аналогично тому, как можно оценить длину тёмного коридора по тому, насколько слабо горят идентичные свечи вдали.
Команда применила усовершенствованную Для просмотра ссылки Войди
Обновлённая модель не только повысила точность результатов, но и подготовила базу для добавления новых сверхновых. В ближайший год планируется интеграция ещё трёх наборов данных: один из них содержит сверхновые с малым красным смещением (т.е. более близкие к нам), а два других — с высоким, что позволит заглянуть ещё дальше в прошлое Вселенной.
"Наша задача — установить чёткую базу, прежде чем добавлять сотни сверхновых с малым красным смещением. Именно в этой зоне откалиброванные данные пока наименее надёжны", — пояснил соавтор статьи и физик лаборатории Беркли Грег Олдеринг, руководитель проекта Nearby Supernova Factory. — "Но теперь мы уверены в нашей калибровке как никогда прежде и с нетерпением ждём, какие новые данные принесут нам эти сверхновые".
Анализ, проведённый с использованием выборки Union3, неожиданно указал на то, что тёмная энергия может не быть постоянной — она, возможно, меняется со временем. Это наблюдение пока не имеет достаточной статистической силы, чтобы делать категоричные выводы, но оно совпадает с независимыми результатами, полученными с помощью инструмента Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), который использует другой подход — измерение структуры скоплений галактик (т.н. барионные акустические осцилляции, BAO).
Более того, сходные результаты были получены и в рамках анализа сверхновых, проводимого с участием данных проекта Dark Energy Survey (DES), также поддерживаемого Министерством энергетики США. Таким образом, уже несколько разных подходов начинают указывать в одном направлении.
"Учёные пока не впрыгивают от восторга — мы подавляем преждевременное воодушевление, ведь всё это может исчезнуть с приходом новых данных", — говорит Соль Перлмуттер, лауреат Нобелевской премии и соавтор новой работы, — "Но с другой стороны, все уже выпрямились в креслах. То, что два независимых метода показывают расхождение с моделью ΛCDM — это действительно захватывающе. Мы наконец подходим к точности, при которой можно серьёзно сравнивать конкурирующие теории тёмной энергии".
ΛCDM — это доминирующая модель современной космологии, где Λ (лямбда) представляет собой постоянную тёмную энергию, а CDM — холодную тёмную материю. В рамках этой модели тёмная энергия считается неизменной по силе во времени. Однако если она действительно ослабевает, как намекают данные, это может радикально изменить наше понимание будущего Вселенной: она может не расширяться вечно, а начать замедляться, остановиться — или даже схлопнуться.
"Тёмная энергия — это почти 70% всей энергии во Вселенной, именно она ответственна за её расширение. Если она ослабевает, это означает, что расширение может начать замедляться", — пояснил Дэвид Рубин, первый автор публикации, профессор Гавайского университета и ключевой участник проекта SCP. — "Будет ли Вселенная расширяться вечно, остановится или начнёт сжиматься? Всё зависит от этого хрупкого баланса между тёмной энергией и материей".
Соединение сверхновых и измерений BAO демонстрирует уникальный вклад национальной лаборатории: именно лаборатория Лоуренса Беркли обеспечила научную основу как для первого открытия ускоренного расширения Вселенной, так и для всех последующих попыток уточнения моделей тёмной энергии. Там же была инициирована и руководится коллаборация DESI, включающая более 70 научных организаций и использующая крупнейшие Для просмотра ссылки Войди
Теперь, когда в ближайшее десятилетие ожидаются сотни тысяч новых сверхновых от обсерватории Веры Рубин (NSF/DOE) и космического телескопа Nancy Grace Roman (NASA), созданный аналитический фундамент позволит объединить наблюдения разных миссий. В совокупности с данными о реликтовом излучении (CMB) и структурой галактик, всё это даст человечеству шансы раскрыть истинную природу тёмной энергии — того самого механизма, который управляет Для просмотра ссылки Войди
- Источник новости
- www.securitylab.ru
