Астрономи показали, як розподілена темна матерія у Всесвіті

Науковці з Чиказького університету створили один із найдетальніших на сьогодні «портретів» невидимого Всесвіту, проаналізувавши слабкі викривлення форм галактик у величезній ділянці неба. Результати, опубліковані в The Open Jour­nal of Astro­physics, підтверджують чинну космологічну модель ΛCDM (Лямбда-CDM), що описує структуру й еволюцію Всесвіту, і демонструють, що спостереження за пізнім Всесвітом узгоджуються з даними про ранні його етапи, отриманими з космічного мікрохвильового фону.

Між 2013 і 2019 роками команда Dark Ener­gy Sur­vey (DES), використовуючи Dark Ener­gy Cam­era (DECam) на 4‑метровому телескопі Бланко в Чилі, отримала зображення понад 150 мільйонів галактик. На основі цих спостережень створено карту, що охоплює близько п’ятої частини неба і відображає розподіл матерії у Всесвіті. Дослідники розширили цей набір даних, залучивши знімки поза межами офіційної зони DES. Завдяки цьому кількість галактик із точно виміряними формами майже подвоїлася — до понад 100 мільйонів, а загальний каталог із DES тепер охоплює близько третини неба та налічує 270 мільйонів об’єктів.

Камера Dark Ener­gy Cam­era містить 62 надчутливих CCD-сенсори і дозволяє отримувати зображення Всесвіту з безпрецедентною глибиною. Джерело: DOE/FNAL/DECam/R. Hahn/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA

Основою аналізу стала техніка слабкого гравітаційного лінзування — явища, коли світло від далеких галактик дещо викривляється під впливом гравітації масивних об’єктів на шляху до Землі. Ці мікроскопічні спотворення, або «зсуви зсуву», дозволяють визначати, як матерія — як звичайна, так і темна — розподілена у Всесвіті. Як пояснив астрофізик Чіхвай Чанг, керівник проєкту DECADE, це допомагає вимірювати «згустковість» матерії — ключовий показник того, як утворювалися галактики й скупчення.

Результати аналізу показали, що зростання космічних структур повністю узгоджується з прогнозами моделі ΛCDM, яка включає темну енергію, темну матерію, звичайну матерію, нейтрино та випромінювання. «Ми не бачимо напруги між нашими даними та вимірюваннями космічного мікрохвильового фону — це важливо, адже саме ця розбіжність була предметом дискусій у науковій спільноті останні п’ять років», — зазначив Чанг.

Унікальність проєкту DECADE полягає в тому, що він використав архівні зображення, зроблені для інших астрономічних цілей, тоді як більшість подібних досліджень ґрунтуються лише на спеціально спланованих спостереженнях. Це доводить, що якісні космологічні вимірювання можна проводити й на основі даних, які раніше не призначалися для таких задач. Як підкреслив співавтор роботи Дхаая Анбаджаган, ця методика може змінити підхід до майбутніх досліджень, зокрема у межах майбутнього огляду неба Rubin LSST, дозволивши ефективніше використовувати накопичені спостереження.

Комбіновані результати DES і DECADE створюють найбільшу на сьогодні карту розподілу матерії, яка охоплює понад 13 000 квадратних градусів неба. Ці дані вже використовують для побудови карт маси Всесвіту та дослідження карликових галактик. За словами команди, проєкт став не лише перевіркою теорії, а й демонстрацією нового підходу до астрономічних досліджень — коли архівні дані відкривають шлях до нових фундаментальних відкриттів.