Канадский телескоп CHIME впервые измерил водород древней Вселенной самостоятельно
У учёных появился новый инструмент для картографирования озадачивающего ускорения Вселенной. Канадский телескоп, предназначенный для картографирования распределения водородного газа по древней Вселенной, впервые доказал, что может делать это, используя только свои собственные данные, без помощи других телескопов. На доказательство результатов ушло семь лет, но отдача может быть огромной.
Согласно авторам нового исследования, опубликованного в понедельник (28 сентября) в The Astrophysical Journal, телескоп может дать учёным новый, экономически эффективный способ изучения тёмной энергии — плохо понимаемой силы, которая заставляет Вселенную расширяться с ускорением с течением времени. «Водород — самый распространённый элемент во Вселенной и сырьё, из которого формируются звёзды, — сказал в заявлении соавтор исследования Арнаб Чакраборти, постдокторант Университета Торонто. — Его слабое радиоизлучение действует как космический трассер, раскрывая, как материя распределена в пространстве».
Канадский эксперимент по картографированию интенсивности водорода (CHIME) — это набор радиотелескопов, расположенных главным образом near Пентиктона, Британская Колумбия, которые ежедневно картографируют всё северное небо. До результатов нового исследования CHIME должен был подтверждать свои собственные наблюдения с помощью других телескопов — дорогостоящий и трудоёмкий процесс. Для CHIME было важно посмотреть на древний водородный газ Вселенной с помощью своих собственных данных, чтобы служить независимой точкой измерения, не полагающейся на другие телескопы, объяснила команда. Новая статья, работа над которой заняла почти десятилетие, основана на 94 ночах наблюдений в 2019 году, которые были тщательно перепроверены перед публикацией. Телескоп может обнаруживать радиосигналы вплоть до 3 миллиардов лет после Большого взрыва, когда Вселенная была лишь частью своего нынешнего возраста.
«Мы очень усердно работали, чтобы убедить себя, что это не ложная тревога, — сказал Чакраборти. — После всех тестов сигнал остался. Это дало нам уверенность, что мы видим реальный водород из далёкой Вселенной». Сопроводительная статья, опубликованная в The Astrophysical Journal, содержит больше информации о том, где водород находится в космосе. Это исследование предполагает, что около 2% водорода является «нейтрально атомарным» —这意味着 атомы содержат баланс всего одного протона и одного электрона, что приводит к отсутствию общего электрического заряда, — что «в целом согласуется» с измерениями других телескопов, сказал в заявлении Шаббир Шейх, постдокторант Школы исследований Земли и космоса Университета штата Аризона и соавтор обеих статей. Картирование распределения этого распространённого газа может раскрыть новые подсказки о расширении Вселенной в разные периоды космической истории. В будущих исследованиях команда планирует изучить остальные семь лет наблюдений CHIME, чтобы собрать больше информации о своих исследованиях водородного газа.
Открытие CHIME — это не просто техническое достижение. Это шаг к разгадке одной из самых глубоких тайн современной физики: природы тёмной энергии. Тёмная энергия составляет около 68% всей энергии во Вселенной, но мы почти ничего не знаем о ней. Мы знаем только, что она существует, потому что видим, как Вселенная расширяется с ускорением. Но почему это происходит и что вызывает это ускорение — остаётся загадкой.
«Тёмная энергия — это, возможно, самая большая загадка в науке, — говорит космолог из Чикагского университета, не участвовавший в исследовании. — Мы знаем, что она есть, но мы не знаем, что это такое. Это унизительно. И это захватывающе».
CHIME предлагает новый способ подойти к этой загадке. Вместо того чтобы полагаться на измерения сверхновых или реликтового излучения, CHIME измеряет распределение водорода в древней Вселенной. Поскольку водород является самым распространённым элементом, его распределение отражает крупномасштабную структуру Вселенной. А эта структура, в свою очередь, зависит от того, как расширяется Вселенная.
«Мы используем водород как линейку, — объясняет Чакраборти. — Измеряя, как распределён водород на разных расстояниях от нас, мы можем измерить, как расширялась Вселенная в разные периоды. Это даёт нам независимый способ проверки наших моделей тёмной энергии».
Преимущество CHIME в том, что он может делать это самостоятельно, без помощи других телескопов. Это означает, что данные CHIME не зависят от предположений или калибровок, используемых другими инструментами. Это делает результаты более надёжными и позволяет учёным проверять свои модели более строго.
«Это как если бы у вас была линейка, которая не зависит от других линеек, — говорит Шейх. — Если все линейки показывают одно и то же, вы можете быть уверены в результате. Но если одна линейка сделана независимо и показывает то же самое, это гораздо более сильное доказательство».
В будущем CHIME планирует расширить свои исследования. Телескоп уже собрал данные за семь лет наблюдений, и команда надеется проанализировать их все. Это позволит учёным увидеть, как распределение водорода менялось с течением космической истории, и получить более точные ограничения на природу тёмной энергии.
«Мы находимся в начале пути, — говорит Чакраборти. — Но я уверен, что через несколько лет у нас будут результаты, которые изменят наше понимание Вселенной. Это захватывающее время для космологии».
Источники: The Astrophysical Journal, Live Science, Университет Торонто, Университет штата Аризона, заявления Арнаба Чакраборти, Шаббира Шейха и других исследователей.
