Карта темной материи начинает раскрывать раннюю историю Вселенной

Отображение темной материи на обширной территории является ключом к пониманию свойств темной энергии, которая контролирует расширение Вселенной. Эти первые результаты демонстрируют, что с помощью современных методов исследования и Hyper Suprime-Cam команда теперь готова изучить, как распределение темной материи во Вселенной изменилось с течением времени, разгадать тайну темной энергии и изучить историю расширения Вселенной с помощью отличная деталь.Ведущий разработчик Hyper Suprime-Cam, доктор Сатоши Миядзаки из Национальной астрономической обсерватории Японского центра передовых технологий и руководитель исследовательской группы высоко оценил способность HSC выполнять эту работу. «Теперь мы знаем, что у нас есть как техника, так и инструмент для понимания темной энергии. Мы готовы использовать Hyper Suprime-Cam для создания карты темной материи на 1000 квадратных градусов, которая покажет историю расширения Вселенной с точными деталями».

Использование слабого линзирования темной материи для изучения эффектов темной энергииС 1929 года, когда астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется, астрономы использовали рабочую модель, в которой скорость расширения со временем замедлялась. Гравитационное притяжение, до недавнего времени единственная известная сила, действующая между галактиками, препятствует расширению.

Однако в 1990-х годах исследования далеких сверхновых показали, что сегодня Вселенная расширяется быстрее, чем это было в прошлом. Это открытие потребовало кардинального сдвига в нашем понимании физики: либо существует какая-то «темная энергия» с силой отталкивания, которая разделяет галактики, либо физика гравитации нуждается в некотором фундаментальном пересмотре (Примечание 1).Чтобы разгадать тайну ускоряющегося расширения Вселенной, полезно посмотреть на взаимосвязь между скоростью расширения Вселенной и скоростью, с которой формируются астрономические объекты.

Например, если Вселенная быстро расширяется, материи потребуется больше времени, чтобы слиться и сформировать галактики. И наоборот, если Вселенная расширяется медленно, таким структурам, как галактики, легче формироваться.

По сути, существует прямая связь между историей образования структур во Вселенной и историей расширения Вселенной. Проблема в подтверждении существования темной материи и ее влияния на расширение заключается в том, что большая часть материи во Вселенной темная и не излучает свет. Его нельзя обнаружить напрямую с помощью телескопов, которые являются машинами для сбора света.

Одним из способов решения этой проблемы является обнаружение и анализ «слабого линзирования». Концентрация темной материи действует как линза, которая отклоняет свет, исходящий от еще более удаленных объектов. Анализируя, как этот фоновый свет изгибается и как линза искажает формы фоновых объектов, можно определить, как темная материя распределяется на переднем плане. Этот анализ темной материи и ее эффектов позволяет астрономам определить, как она собиралась с течением времени.

История сборки темной материи может быть связана с историей расширения Вселенной и должна раскрыть некоторые физические свойства темной энергии, ее силу и то, как она менялась с течением времени.Чтобы получить достаточный объем данных, астрономам необходимо наблюдать галактики на расстоянии более миллиарда световых лет на площади более тысячи квадратных градусов (примерно одна сороковая часть всего неба). Комбинация телескопа Subaru с апертурой диаметром 8,2 метра и Suprime-Cam, предшественницы Hyper Suprime-Cam, с полем зрения в одну десятую квадратного градуса (сопоставимого с размером Луны) была один из самых успешных инструментов для поиска слабых далеких объектов на большом участке неба.Однако даже для этой мощной комбинации съемка неба на тысячу градусов на необходимой глубине нереалистична. «Вот почему мы потратили 10 лет на разработку Hyper Suprime-Cam, камеры с таким же лучшим качеством изображения, как и Suprime-Cam, но с полем обзора более чем в семь раз», — сказал д-р Сатоши Миядзаки.

Hyper Suprime-Cam был установлен на телескопе Subaru в 2012 году. После тестовых наблюдений он был открыт для открытого использования астрономическим сообществом в марте 2014 года. «Стратегическая» программа наблюдений, состоящая из более 300 ночей наблюдений в течение пяти лет. тоже в стадии реализации.

Камера с 870 миллионами пикселей обеспечивает изображение, охватывающее область неба размером до девяти полных лун за одну экспозицию, с чрезвычайно малыми искажениями, с прекрасным разрешением в семь тысячных градуса (0,5 угловых секунды).Исследователи из NAOJ, Токийского университета и соавторы проанализировали данные испытаний, полученные при вводе в эксплуатацию Hyper Suprime-Cam, чтобы увидеть, насколько хорошо он может отображать темную материю, используя технику слабого линзирования. Данные двухчасовой экспозиции, охватывающей 2,3 квадратных градуса, позволили получить четкие изображения многочисленных галактик.

Измеряя их индивидуальные формы, команда создала карту темной материи, скрывающейся на переднем плане. Результатом стало открытие девяти сгустков темной материи, каждое из которых весит столько же, сколько скопление галактик. Надежность анализа слабого линзирования и полученных карт темной материи была подтверждена наблюдениями с помощью других телескопов, которые показывают фактические скопления галактик, соответствующие сгусткам темной материи, обнаруженным Hyper Suprime-Cam.

Они использовали архивные данные Deep Lens Survey (PI: Тони Тайсон, главный научный сотрудник LSST) для идентификации оптического кластера.

Количество скоплений галактик, созданное Hyper Suprime-Cam, превышает прогнозы текущих моделей ранней истории Вселенной. Поскольку исследовательская группа расширяет карту темной материи до своей цели в тысячу квадратных градусов, данные должны показать, является ли это превышение реальным или просто статистической случайностью.

Если избыток реален, это говорит о том, что в прошлом не было столько темной энергии, как ожидалось, что позволяет Вселенной плавно расширяться, а звездам и галактикам быстро формироваться.Использование слабого линзирования для отображения карты темной материи — это способ обнаружить астрономические объекты, используя их массу, узнать, что что-то существует и сколько оно весит одновременно. Он дает прямое измерение массы, которое обычно недоступно при использовании других методов обнаружения (Примечание 2).

Следовательно, карты масс темной материи являются важным инструментом для точного и точного понимания истории расширения Вселенной.Примечания:1 Нобелевская премия по физике 2011 года была присуждена «за открытие ускоряющегося расширения Вселенной посредством наблюдений далеких сверхновых», половина из которых досталась Саулу Перлмуттеру (Национальная лаборатория Лоуренса Беркли). Калифорнийский университет в Беркли), а другая половина — совместно с Брайаном П. Шмидтом (Австралийский национальный университет) и Адамом Г. Риссом (Университет Джона Хопкинса).

Институт космических наук).2 Свет, электромагнитное излучение всех длин волн, включая радио, видимый свет и рентгеновские лучи, является стандартным инструментом поиска астрономических объектов.

В общем, нет простой зависимости между количеством света, излучаемого объектом, и его массой. Искажение света, наблюдаемое при слабом линзировании, является прямой мерой массы и, следовательно, гораздо более надежным инструментом для определения распределения массы во Вселенной.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *