1-процентная мера Вселенной | Astronomy.com

Исследователи объявили, что они измерили расстояния до галактик, находящихся на расстоянии более 6 миллиардов световых лет, с беспрецедентной точностью всего в 1 процент. Пресс-служба Sloan Digital Sky Survey в Балтиморе, штат Мэриленд | Опубликовано: 9 января 2014 г. | Последнее обновление: 18 мая 2023 г.
Художественная концепция новейшего, высокоточного измерения Вселенной от BOSS. Сферы показывают текущий размер «барионных акустических колебаний» (BAO) из ранней Вселенной, которые помогли установить распределение галактик, которое мы видим во Вселенной сегодня. Галактики имеют небольшую тенденцию выравниваться вдоль краев сфер — выравнивание было сильно преувеличено на этой иллюстрации. BAO можно использовать в качестве «стандартной линейки» (белая линия) для измерения расстояний до всех галактик во Вселенной. Зося Ростомян, Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли Исследователи из Спектроскопического обзора барионных колебаний (BOSS) объявили, что они измерили расстояния до галактик, находящихся на расстоянии более 6 миллиардов световых лет от нас, с беспрецедентной точностью всего в 1 процент. Их измерения накладывают новые ограничения на свойства таинственной «темной энергии», которая, как считается, пронизывает пустое пространство, что приводит к ускорению расширения Вселенной.

«В нашей повседневной жизни не так много вещей, которые мы знаем с точностью до 1 процента», — сказал Дэвид Шлегель из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (LBNL) в Калифорнии. «Теперь я знаю размер Вселенной лучше, чем размер своего дома».

«Определение расстояния — фундаментальная задача астрономии», — сказал Эйзенштейн. «Вы видите что-то в небе: как далеко это находится? Как только вы узнаете, как далеко это находится, узнать все остальное о нем внезапно становится намного проще».

На протяжении всей истории астрономы решали эту задачу, используя множество различных методов. Например, расстояния до планет в Солнечной системе можно довольно точно измерить с помощью радара, но для более удаленных объектов астрономы должны прибегнуть к менее прямым методам. Независимо от метода, каждое измерение имеет некоторую неопределенность, которую можно выразить в процентах от измеряемой величины. Например, если вы измеряете расстояние от Вашингтона до Нью-Йорка, которое составляет 200 миль (320 километров), с точностью до 2 миль (3 км) от истинного значения, вы измерили с точностью до 1 процента.

Только несколько сотен звезд и несколько звездных скоплений находятся достаточно близко, чтобы иметь расстояния, измеренные с точностью в 1 процент. Почти все эти звезды находятся всего в нескольких тысячах световых лет от нас, и все они все еще находятся в пределах нашей Галактики Млечный Путь. Простираясь в миллион раз дальше, новые измерения BOSS исследуют далеко за пределами нашей галактики, чтобы составить карту Вселенной с беспрецедентной точностью.

С этими новыми высокоточными измерениями расстояний астрономы BOSS делают новые набеги на пути к пониманию темной энергии. «Мы пока не понимаем, что такое темная энергия, но мы можем измерить ее свойства», — сказал Эйзенштейн. «Затем мы сравниваем эти значения с тем, что мы ожидаем, учитывая наше текущее понимание Вселенной. Чем лучше наши измерения, тем больше мы можем узнать».

Для измерения 1 процента на расстоянии 6 миллиардов световых лет требуется совершенно иная техника, чем для измерений в Солнечной системе или Млечном Пути. BOSS, крупнейший из четырех проектов, входящих в Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), был создан для использования этой техники — измерения так называемых «барионных акустических колебаний» (BAO), тонких периодических рябей в распределении галактик в космосе.

Эти ряби являются отпечатками волн давления, которые перемещались по ранней Вселенной, которая была настолько горячей и плотной, что частицы света — фотоны — перемещались вместе с протонами и нейтронами, известными под общим названием «барионы», которые сегодня составляют ядра атомов. Первоначальный размер этих рябей известен, и их размер сегодня можно измерить, картируя галактики.

«С этими измерениями галактик природа дала нам прекрасную линейку», — сказала Эшли Росс из Университета Портсмута. «Длина линейки составляет полмиллиарда световых лет, поэтому мы можем использовать ее для точного измерения расстояний даже с очень большого расстояния».

Для проведения этих измерений астрономам потребовалось нанести на карту местоположение 1,2 миллиона галактик. BOSS использует специализированный инструмент, который может выполнять подробные измерения 1000 галактик за раз. «В ясную ночь, когда все идет идеально, мы можем добавить на карту более 8000 галактик и квазаров», — сказала Кайке Пан с 2,5-метрового телескопа Sloan Foundation телескопа SDSS-III в обсерватории Apache Point в Нью-Мексико.

Команда BOSS представила предварительные измерения BAO из своих ранних карт галактик год назад, но новый анализ охватывает область, в два раза большую, и, таким образом, обеспечивает гораздо более точное измерение. Новый набор данных также включает первые измерения BAO из выборки близлежащих галактик. «Проведение этих измерений на двух разных расстояниях позволяет нам увидеть, как расширение Вселенной менялось с течением времени, что поможет нам понять, почему оно ускоряется», — сказала Рита Тохейро из Университета Портсмута в Англии.

«Когда вы пытаетесь достичь 1 процента, вы должны быть параноидально настроены ко всему, что может пойти даже немного не так», — сказала Мариана Варгас-Маганья из Университета Карнеги-Меллона в Питтсбурге, штат Пенсильвания. Например, небольшие различия в том, как были идентифицированы галактики, могли сбить все измерение их распределения, поэтому разные части неба пришлось тщательно проверять. «К счастью, в нашей команде достаточно внимательных людей, чтобы проверить наше предположение», — сказал Варгас-Маганьяс. «К тому времени, как все они будут удовлетворены, мы будем уверены, что ничего не упустили».

На данный момент измерения BOSS кажутся соответствующими форме темной энергии, которая остается постоянной на протяжении всей истории Вселенной. Эта «космологическая константа» — одно из шести чисел, необходимых для создания модели, которая соответствует форме и крупномасштабной структуре Вселенной. Шлегель сравнивает эту модель из шести чисел со стеклянной панелью, которая закреплена на месте болтами, представляющими различные измерения истории Вселенной. «У BOSS теперь один из самых тугих болтов, и мы просто повернули его еще на пол-оборота», — сказал Шлегель. «Каждый раз, когда вы усиливаете натяжение, а стекло не разбивается, это успех модели».