Таинственная сила в космосе

Когда Эдвин Хаббл наблюдал далекие галактики в 1920-х годах, он сделал новаторское открытие, что Вселенная расширяется. Однако только в 1998 году ученые, наблюдающие сверхновые типа Ia, обнаружили, что Вселенная не просто расширяется, но начала фазу ускоряющегося расширения.

«Чтобы объяснить это ускорение, нам нужен источник», — говорит Джозеф Мор, астрофизик из LMU. «И мы называем этот источник «темной энергией», которая обеспечивает своего рода «антигравитацию» для ускорения космического расширения».

С научной точки зрения существование темной энергии и космического ускорения является неожиданностью, и это указывает на то, что наше нынешнее понимание физики является либо неполным, либо неверным.

Значение ускоряющегося расширения было подчеркнуто в 2011 году, когда его первооткрыватели получили Нобелевскую премию по физике. «Между тем природа темной энергии стала следующей проблемой, получившей Нобелевскую премию», — говорит Мор.

Теперь И-Нон Чиу из Национального университета Ченг Кунг на Тайване, работая в сотрудничестве с астрофизиками LMU Маттиасом Кляйном, Себастьяном Боке и Джо Мором, опубликовал первое исследование темной энергии с использованием рентгеновского телескопа eROSITA, которое фокусируется на скоплениях галактик. .

Антигравитация, возможно, вызванная темной энергией, отталкивает объекты друг от друга и подавляет образование крупных космических объектов, которые в противном случае образовались бы из-за силы притяжения гравитации. Таким образом, темная энергия влияет на то, где и как формируются самые большие объекты во Вселенной, а именно скопления галактик с общей массой от 1013 до 1015 масс Солнца.

«Мы можем многое узнать о природе темной энергии, подсчитав количество скоплений галактик, образовавшихся во Вселенной, в зависимости от времени — или в наблюдаемом мире в зависимости от красного смещения», — объясняет Клейн.

Однако скопления галактик чрезвычайно редки, и их трудно найти, что требует обзора большой части неба с использованием самых чувствительных телескопов в мире. С этой целью в 2019 году был запущен рентгеновский космический телескоп eROSITA — проект под руководством Института внеземной физики им. Макса Планка (MPE) в Мюнхене — для проведения обзора всего неба для поиска скоплений галактик.

В финальном обзоре экваториальной глубины eROSITA (eFEDS), мини-обзоре, предназначенном для проверки эффективности последующего обзора всего неба, было обнаружено около 500 скоплений галактик. На сегодняшний день это одна из крупнейших выборок маломассивных скоплений галактик, охватывающая последние 10 миллиардов лет космической эволюции.

Плотность энергии темной энергии оказывается однородной в пространстве и постоянной во времени.

Для своего исследования Чиу и его коллеги использовали дополнительный набор данных в дополнение к данным eFEDS — оптические данные из стратегической программы Hyper Suprime-Cam Subaru, которую возглавляют астрономические сообщества Японии и Тайваня, а также Принстонский университет.

Бывший докторант LMU И-Нон Чиу и его коллеги из LMU использовали эти данные, чтобы охарактеризовать скопления галактик в eFEDS и измерить их массы с помощью процесса слабого гравитационного линзирования. Комбинация двух наборов данных позволила провести первое космологическое исследование с использованием скоплений галактик, обнаруженных eROSITA.

Их результаты показывают, что при сравнении данных и теоретических предсказаний темная энергия составляет около 76% общей плотности энергии во Вселенной.

Более того, расчеты показали, что плотность энергии темной энергии оказывается однородной в пространстве и постоянной во времени. «Наши результаты также хорошо согласуются с другими независимыми подходами, такими как предыдущие исследования скоплений галактик, а также исследования с использованием слабого гравитационного линзирования и космического микроволнового фона», — говорит Боке.

До сих пор все данные наблюдений, включая последние результаты eFEDS, предполагают, что темная энергия может быть описана простой константой, обычно называемой «космологической постоянной».

«Хотя текущие ошибки в ограничениях темной энергии все еще больше, чем нам хотелось бы, в этом исследовании используется выборка из eFEDS, которая в конце концов занимает площадь менее 1% всего неба», — говорит Мор. Таким образом, этот первый анализ заложил прочную основу для будущих исследований выборки полного неба eROSITA, а также выборок других скоплений.