Укладено найпершу карту темної матерії

Міжнародна група, яка укладає карти розподілу темної матерії (Dark Energy Survey, або DES), опублікувала перші результати своїх досліджень.

Ця карта охоплюватиме одну восьму видимого небосхилу, а її перший фрагмент - всього 0,4%, проте її відрізняє безпрецедентність деталей.

Темна матерія є немов невидима павутина, яка тримає галактики в певному розташуванні; спостерігаючи, як концентрації темної матерії з часом зміщуються, космологи сподіваються прийти до розуміння природи ще загадковішої сили - темної енергії, яка відповідальна за розширення Всесвіту.

Опублікований перший варіант карти показує волокна з темної матерії, всіяні галактиками, а також прогалини між ними.

Детально про роботу космічних картографів повідомлять на щорічному засіданні <link type="page"><caption> Американського фізичного </caption><url href="http://meeting.aps.org/Meeting/APR15/Session/Y2.9" platform="highweb"/></link>товариства.

У проекті створення карти беруть участь понад 300 учених із шести країн. Вони використовують для цього зображення, отримані найкращою астрономічною цифровою фотокамерою в світі з роздільною здатністю в 570 мегапікселів, яка встановлена на телескопі "Віктор Бланко" в обсерваторії Черро Толедо в чилійських Андах.

На карті теплі відтінки кольору відповідають високому числу галактик, а порожнечі між ними позначені блакитним кольором.

Картування невидимого

"Нашою метою весь цей час було подолання невидимого бар'єру, який приховує темну матерію", - говорить Сара Брайдл, професор астрофізики в університеті Манчестера і співголова групи DES.

Проект розпочався більше двох років тому і триватиме ще три роки. Попередня карта була отримана за рахунок використання перших пробних зображень нової фотокамери.

"Для обробки всіх цих даних та їхнього аналізу потрібно дуже багато часу. Ми збираємося отримати на основі нових даних карту, яка перевершить за розмірами нинішню в 30 разів", - розповідає професор Брайдл.

Однак і попередня карта стала найбільшим досягненням в космології. Вона є найбільшою зведеною картою розподілу темної матерії у Всесвіті. Більш рання серія з чотирьох зображень охоплювала більш ширшу ділянку неба, однак ці зображення були розрізненими і не містили всієї інформації, яку дає карта DES.

(Згідно із сучасною теорією, 68% Всесвіту складається з темної енергії, 27% - темної матерії, і тільки 5% - з матерії, звичної для нас)

Процес створення такої карти ускладнюється тим, що темна матерія невидима, а її присутність можна виявити тільки на основі гравітаційних спотворень світла далеких астрономічних тіл.

Астрофізики шукають на одержуваних цифрових зображеннях цілком певний тип спотворень - так звані гравітаційні лінзи.

Ці спотворення за своїми оптичними параметрами досить незначні - вони значно поступаються спотворенням, викликаним впливом земної атмосфери, а також спотворенням, властивим самим телескопам.

Тому при обробці знімків необхідно фільтрувати ці зовнішні спотворення.

За останні два роки професор Брайдл і її колеги в проекті DES виміряли параметри не менше двох мільйонів галактик, які відображені на перших фотографіях, отриманих з нової камери. Точність цих вимірів досягала 0,1%, що вимагало чималого часу для комп'ютерної обробки зображень.

Зводячи докупи всі ці мікроскопічні спотворення, нова карта показує точні місця концентрації темної матерії на даній ділянці небосхилу.

Карта дає дуже чітку картину розподілу темної матерії, яка не містить жодних сюрпризів.

"Наш аналіз поки що не відхиляється від сучасних уявлень про Всесвіт, - говорить доктор Чінвей Чан зі Швейцарського федерального технологічного інституту, один з учасників проекту та авторів доповіді. - Ми бачимо, як темна матерія впливає на розподіл галактик різних типів і як разом вони з часом еволюціонують".

Суперечачи Ейнштейну

Більші несподіванки може принести досягнення кінцевої мети проекту - розуміння природи темної енергії.

Коли буде отримана відносно повна карта розподілу темної матерії у Всесвіті, вчені зможуть виміряти, з якою швидкістю відбувається відносне зміщення цих мас темної матерії.

Розширення Всесвіту відбувається з постійним прискоренням (постійна Габбла), а темна енергія вважається, на думку багатьох фізиків, причиною такого розширення.

"Швидкість згущення темної матерії говорить нам про те, наскільки швидко розтягується Всесвіт", - пояснює професор Брайдл.

Порівнюючи ступінь зближення цих мас темної матерії в різні етапи розвитку Всесвіту на основі аналізу зображень астрономічних об'єктів, віддалених від нас на різні відстані, космологи зможуть оцінити швидкість і динаміку цього розширення.

А це, в свою чергу, може дати відповідь про природу темної енергії.

У кінцевому підсумку ці дані можуть дати точне вимірювання параметрів цієї загадкової сили.

Або ж, на думку Сари Брайдл, можуть бути отримані зовсім несподівані результати.

"Можливо, ці дані продемонструють нам, що теорія існування темної енергії не підходить для пояснення картини Всесвіту, і що насправді навіть загальна теорія відносності для цього не підходить", - говорить вона.

За її словами, загальна теорія відносності Ейнштейна не пояснює повністю механізм існування темної енергії, але жодної іншої теорії у космологов наразі немає.

Проект DES може повністю перевернути їх уявлення про Всесвіт.

"Ми думаємо, що відбудеться щось дивне", - зауважує професор Брайдл.