Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 15.12.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Постоянная Хаббла уточнена с помощью нового метода исследования барионных акустических осцилляций

Постоянная Хаббла уточнена с помощью нового метода исследования барионных акустических осцилляций
shortstoryf

Во время работы по проекту Спектроскопического обзора барионных осцилляций (BOSS, Baryon Oscillation Spectroscopic Survey), который входит в программу исследований Слоановского цифрового небесного обзора (Sloan Digital Sky Survey, SDSS), ученые пытались с помощью квазаров нанести на карту изменения плотности в межгалактическом газе при большом красном смещении, отследив таким образом структуру молодой вселенной. BOSS пытается прояснить историю расширения вселенной с целью выявления природы возникновения темной энергии. На сегодняшний день, подобные исследования крупномасштабных космических структур позволили наиболее точно отследить процесс расширения вселенной, начиная от времени возникновения первых галактик.

Итоговое резюме по исследованиям расширения вселенной с помощью квазаров объединяет два не связанных друг с другом анализа. Первый был проведен во главе с Эндрю Фон-Рибером из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и был издан в конце 2013 года. Во втором анализе использовали тот же проверенный метод, что и в первом, но с большим количеством данных. Проводил его Тимоти Делюбак с командой из Федеральной политехнической школы Лозанны. Анализ двух исследований в совокупности показал, что темп расширения вселенной в исследуемую эпоху составлял 68 километров в секунду за один миллион световых лет при красном смещении 2.34, с относительной погрешностью результатов в 2.2 процента. Это означает, если расстояние между объектами станет через какое-то время 2 миллиона световых лет, то они будут разлетаться со скоростью 136 киломтеров в секунду, то есть в два раза больше. Как раз это в свое время и служило доказательством расширения вселенной.

«Это означает, что если мы взглянем в прошлое вселенной, когда ее возраст составлял всего четверть от сегодняшнего, мы увидим, что пара галактик, находящихся на расстоянии в один миллион световых лет друг от друга, разлетаются со скоростью 68 киломтеров в секунду. Наша неуверенность в точности результатов измерений лежит в пределах плюс-минус полтора километра в секунду», — Фон-Рибер.

Проект BOSS в своей работе использует наблюдения как за галактиками, так и за отдельными квазарами, чтобы измерить барионные акустические осцилляции, которые представляют собой своеобразную рябь в плотности распределения галактик в ранней вселенной. Эти осцилляции ответственны за распределение невидимой темной материи, а так же и за распределение обычной материи, включая галактики, квазары и межгалактический газ.

«Три года назад BOSS использовал данные о 14000 квазаров и создал самую большую трехмерную карту вселенной. Два года назад, изучив 48000 квазаров, мы первыми зафиксировали барионные акустические осцилляции в созданной трехмерной карте. Теперь, изучив более чем 150000 отдельных квазаров, мы можем достаточно точно рассказать о природе этих колебаний», — Девид Шлегель, научный руководитель проекта BOSS.

Измерение расширения вселенной

Представления художника о том, как в проекте BOSS используются квазары для исследования расширения вселенной. Свет от далекого квазара частично поглощается межгалактическим газом, распределение которого в масштабе известных нам координатных осей можно представить в виде кольца. Благодаря этому астрономы сумели измерить величину расширения вселенной на момент времени, когда ей было три миллиарда лет. Источник: Zosia Rostomian, Lawrence Berkeley National Laboratory, and Andreu Font-Ribera, BOSS Lyman-alpha team, Berkeley Lab

Характерные отпечатки в акустических осцилляциях говорят ученым об увеличении избыточной материи на 5 процентов при каждом новом увеличении измерительной шкалы, известной как шкала барионных акустических осцилляций. Недавние эксперименты, включая все тот же BOSS, а так же исследования аппаратом Планк космического микроволнового фона, позволили принять за единицу шкалы расстояние, близкое к 450 миллионам световых лет. Это число сейчас принято как стандартная единица для измерения скорости расширения вселенной.

Акустически осцилляции возникают непосредственно в звуковых волнах, перемещающихся сквозь раннюю вселенную, в которой частицы света и материи были неразрывно переплетены. Спустя 380000 лет после Большого Взрыва вселенная охладилась достаточно для того, чтобы частицы света смогли освободиться. Космическое микроволновое фоновое излучение несет в себе отпечатки эти ранних акустических пиков плотности, которые впоследствии стали областями ряби барионных акустических осцилляций.

Расширение стандартной шкалы

В своих предыдущих исследованиях BOSS использовал спектры более чем миллиона галактик, чтобы измерить масштаб барионных осцилляций с относительной погрешностью около одного процента. Но за пределами красного смещения 0.7, что соответствует расстоянию примерно в 6 миллиардов световых лет, галактики становятся видны слабее. Для более высокого красного смещения, например 2.34, как в этих исследованиях, BOSS впервые применял метод леса Лайман-Альфа на основе спектра отдаленных квазаров для того, чтобы вычислить плотность межгалактического водорода. Суть этого метода заключается в следующем: поскольку свет от удаленного квазара проходит через газ, состоящий из водорода, участки газа с большей плотностью поглощают больше света. Поглотительные линии Лайман-альфа нейтрального водорода в спектре могут точно определить красное смещение каждого плотного участка газа. В полученном спектре таких линий существует очень много, что и дало название «Лайман-альфа лес».

Если получить достаточное количество хорошо измеренных спектров излучения квазара, можно нанести расположение газовых облаков на карту в трех измерениях. Две оси будут лежать в видимой плоскости квазара, а третья — через плотные участки, отмеченными другим спектром излучения этого же квазара. Из такого распределения можно извлечь сигнал барионных акустических осцилляций. Такой метод еще называют автокорреляцией.

В новой же работе Фон-Рибер и его коллеги определяют барионные акустические осцилляции, используя большее количество квазаров несколько иным образом. Как известно ,квазарами являются молодые галактики с активными массивными черными дырами в центре. Квазары являются чрезвычайно яркими объектами, и чрезвычайно удаленными, а следовательно, имеют большое красное смещение. Вместо того, чтобы сравнивать одни спектры с другими, ученые сопоставляли исследуемые квазары со спектрами других квазаров. Такой метод назвали кросс-корреляцией.

«Квазары являются массивными галактиками, и мы ожидаем, что они должны находиться в более плотных частях вселенной, в которых концентрация межгалактичего газа так же должна быть выше. Поэтому мы ожидаем, что здесь будет больше газа, препятствующего прохождению света. Вопрос для нас заключается лишь в том, будет ли корреляция достаточно хороша, чтобы увидеть отпечаток барионных осцилляций».

В действительности рябь осцилляций при кросс-корреляции была заметна очень хорошо. Делюбак и его команда объединили их результаты автокорреляции с результатами кросс-корреляции Рибера. Результаты совпали на малых масштабах шкалы осцилляций. Эти два метода исследований так же совпали и при оценке темпа расширения вселенной, который характеризуется постоянной Хаббла. При красном смещении 2.34 объединенный параметр от двух исследований эквивалентен 68 плюс-минус 1.5 километра в секунду на миллион световых лет.

«На сегодняшний день это самое точное измерение постоянной Хаббла  которое можно аппроксимировать на любое красное смещение. Этот параметр даже точнее, чем измерения, которые проводились для локальной вселенной, красное смещение которой равно нулю. Эти результаты позволяют нам изучать геометрию вселенной, когда ее возраст был в четыре раза меньше от текущего. А объединив наши данные с другими космологическими экспериментами, мы можем узнать о природе темной энергии и даже наложить более сложные ограничения на параметры кривизны вселенной».

В конце Девид Шлегель отмечает, что во время запуска проекта BOSS, техника кросс-корреляции только-только была предложена. А когда они решили использовать ее в своей работе, некоторые из исследователей утверждали, что она попросту не будет работать.

По информации Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google