Прошло уже четверть века с момента революционного открытия, но ускоренное расширение нашей Вселенной по-прежнему остается одной из самых фундаментальных и интригующих загадок современной астрофизики. Ученые до сих пор не могут с уверенностью сказать, что является движущей силой этого процесса, какими законами он управляется и как можно исследовать его природу.
Одной из ведущих гипотез, предлагающих объяснение этому феномену, является существование темной энергии — таинственной формы энергии, которую невозможно обнаружить напрямую. Считается, что она равномерно пронизывает все пространство и оказывает решающее влияние на динамику космоса.
Новая эра в изучении этой загадки начинается 1 июля 2023 года со старта миссии Европейского космического агентства (ESA) Euclid. Этот космический телескоп специально создан для исследования «темной» стороны Вселенной, и его ключевой задачей станет поиск ответа на вопрос, почему расширение космоса ускоряется.
В мае 2027 года к Euclid присоединится мощный союзник — космический телескоп NASA Nancy Grace Roman. Эти две обсерватории будут использовать взаимодополняющие методики наблюдений, что позволит измерить параметры ускоренного расширения с беспрецедентной точностью и разными способами, значительно превосходя возможности предыдущих исследований.
Почему темная энергия так важна? Исторический контекст загадки
Еще в 1927 году бельгийский астроном Жорж Леметр теоретически обосновал, что Вселенная находится в состоянии расширения с момента своего рождения. Это открытие вскоре было подтверждено знаменитыми наблюдениями Эдвина Хаббла в 1929 году. Долгое время ученые полагали, что гравитационное притяжение всей материи во Вселенной должно постепенно замедлять это расширение.
Однако в 1990-х годах наблюдения за особым типом сверхновых звезд принесли сенсационный результат. Оказалось, что примерно 6 миллиардов лет назад влияние какого-то неизвестного фактора (возможно, темной энергии) начало усиливаться, заставляя Вселенную расширяться все быстрее. Природа этого «космического ускорителя» до сих пор остается загадкой, указывая на фундаментальный пробел в нашем понимании законов физики.
Сегодня перед научным сообществом стоит даже более базовый вопрос: вызвано ли ускоренное расширение присутствием некой дополнительной формы энергии (темной энергии), или же это сигнал о том, что сама теория гравитации Альберта Эйнштейна требует пересмотра в космологических масштабах?
Миссии Euclid и Roman предоставят уникальные данные, которые позволят проверить эти конкурирующие теории. Создавая детальные трехмерные карты структуры Вселенной, они помогут ответить на ключевые вопросы о ее истории и эволюции. Работая в тандеме, эти телескопы смогут достичь гораздо большего, чем по отдельности.
Как будут искать темную энергию? Метод слабого гравитационного линзирования
Оба телескопа — и Roman, и Euclid — будут исследовать распределение материи во Вселенной с помощью передового метода, известного как слабое гравитационное линзирование.
Обратите внимание: Японцы хотят уничтожать космический мусор с помощью плазменной пушки.
Феномен гравитационного линзирования основан на том, что любая масса, включая невидимую темную материю, искривляет ткань пространства-времени вокруг себя. Чем больше масса, тем сильнее искривление. Это приводит к тому, что свет от далеких галактик, проходя мимо скоплений материи, искажается, а их изображения могут растягиваться или даже размножаться.В случае с менее плотными и протяженными сгустками темной материи эффект линзирования гораздо слабее и тоньше, но его также можно зафиксировать. Анализируя эти микроскопические искажения в форме миллионов галактик, оба телескопа смогут построить беспрецедентно точную трехмерную карту распределения темной материи во Вселенной.
Такая карта станет ключом к пониманию космического ускорения, поскольку гравитационное притяжение темной материи, в отличие от темной энергии, работает против расширения, пытаясь его замедлить. Сравнивая карты распределения материи в разные эпохи, ученые смогут измерить, как «баланс сил» между темной материей и темной энергией менялся со временем.
Кроме того, обе миссии будут изучать, как галактики собираются в скопления и сверхскопления на протяжении миллиардов лет. Ученые обнаружили характерную закономерность в распределении галактик: вероятность найти соседнюю галактику резко возрастает на определенном среднем расстоянии. Это расстояние, известное как барионный акустический осциллятор, растягивается по мере расширения самой Вселенной. Измеряя этот «стандартный метр» в разные космологические эпохи, телескопы смогут точно восстановить историю расширения космоса.
Где будут искать? Стратегии и возможности двух миссий
Миссии Euclid и Roman используют разные, но взаимодополняющие стратегии обзора неба. Euclid займется широкомасштабной съемкой, покрыв около 15 000 квадратных градусов, что составляет примерно треть всей небесной сферы. Он будет вести наблюдения как в оптическом, так и в инфракрасном диапазоне, что позволит ему заглянуть на 10 миллиардов лет в прошлое, в эпоху, когда возраст Вселенной составлял около 3 миллиардов лет.
Космический телескоп Roman, в свою очередь, сфокусируется на глубине, а не на широте покрытия. Он будет исследовать участок неба площадью около 2000 квадратных градусов (примерно 1/20 часть неба) с гораздо более высоким разрешением и чувствительностью. Его мощная инфракрасная оптика позволит обнаруживать чрезвычайно тусклые галактики и увидеть Вселенную в эпоху, когда ей было всего около 2 миллиардов лет.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Спустя 25 лет после открытия факт ускоренного расширения нашей Вселенной остается одной из величайших загадок астрофизики.