Загадкова темна енергія: Вчені розкривають її величезну роль у Всесвіті
Нове вимірювання Всесвіту підтвердило, що темна енергія становить близько 69 відсотків від суми всього.
Решта 31 відсоток припадає на матерію: як звичайну – частинки і сили, з яких складається все, що ми бачимо, так і темну матерію, таємничий гравітаційний полтергейст, відповідальний за рухи і ефекти, які наразі не можуть бути пояснені іншим чином.
“Космологи вважають, що лише близько 20 відсотків всієї матерії складається з регулярної або “баріонної” матерії, яка включає зірки, галактики, атоми і життя”, – пояснює астроном Мохамед Абдулла з Національного науково-дослідного інституту астрономії і геофізики в Єгипті та Університету Чіба в Японії.
“Близько 80 відсотків складається з темної матерії, таємнича природа якої ще не відома, але може складатися з деяких ще не відкритих субатомних частинок”.
Темна енергія, з іншого боку, це більше сила. Ми також не знаємо, що це таке. Це назва, яку ми даємо тому, що керує прискореним розширенням Всесвіту, і її там дуже багато. Неодноразові вимірювання показали, що вона становить більшу частину густини матерії-енергії Всесвіту, у кількості, яка має тенденцію коливатися близько 70 відсотків.
Скупчення галактик, подібні до зображеного тут Абелл 370, можуть містити від сотень до тисяч гравітаційно зв’язаних галактик. (Рентгенівський знімок: NASA/CXC/Penn State Univ./G. Garmire; оптичний: NASA/STScI)
Швидкість розширення Всесвіту досі було надзвичайно складно визначити, але є багато вагомих причин, чому вчені прагнуть це зробити. Зменшення густини матерії-енергії Всесвіту може допомогти вченим з’ясувати, що таке темна енергія, як вона впливає на розширення Всесвіту дотепер і що може статися в майбутньому: Розширення Всесвіту назавжди чи його зворотний розвиток і стискання до Великого Хрускоту.
Один з перевірених способів з’ясувати, скільки існує темної енергії, ґрунтується на скупченнях галактик. Це тому, що вони складаються з матерії, яка зібралася разом під дією гравітації за час існування Всесвіту, близько 13,8 мільярдів років.
Порівнюючи кількість галактик у скупченні та їхню масу з даними чисельного моделювання, вчені можуть обчислити пропорції матерії та енергії.
“Оскільки сучасні скупчення галактик утворилися з матерії, яка руйнувалася протягом мільярдів років під дією власної гравітації, – пояснює астроном Джилліан Вілсон з Каліфорнійського університету в Мерседі, – кількість скупчень, що спостерігається в даний час, так звана “щільність скупчень”, дуже чутлива до космологічних умов і, зокрема, до загальної кількості матерії”.
Але оскільки більшу частину маси забезпечує темна матерія, важко виміряти масу скупчення галактик безпосередньо. Замість цього дослідники визначили масу скупчень галактик у своїй базі даних, ретельно проаналізувавши їх за допомогою методу GalWeight, щоб переконатися, що кожне з них включає лише скупчення галактик, підрахувавши кількість галактик у кожному з них. Оскільки більш масивні скупчення мають більше галактик, а це відношення відоме як відношення маси до багатства (MMR), дослідники змогли оцінити загальну масу кожного з їхніх вибіркових скупчень.
Потім вони провели чисельне моделювання, щоб створити скупчення галактик зі змінними пропорціями темної енергії та матерії. Симуляції, які найближче відповідали спостережуваним скупченням галактик, були створені у Всесвіті, який на 31 відсоток складався з матерії.
Це дуже близько до результатів попередньої роботи команди (і є покращенням), в якій частка темної енергії становила 68,5 відсотка, а матерії – 31,5 відсотка. Це також дуже добре узгоджується з іншими вимірюваннями густини матерії-енергії Всесвіту, що свідчить про те, що ми дуже близькі до її точного визначення.
“Нам вдалося зробити перше вимірювання густини матерії за допомогою МРТ, яке чудово узгоджується з даними, отриманими командою Планка за допомогою методу космічного мікрохвильового фону”, – говорить астроном Томоакі Ішіяма з Університету Чіба.
“Ця робота ще раз демонструє, що скупчення кластерів є конкурентоспроможним методом обмеження космологічних параметрів і доповнює некластерні методи, такі як анізотропії ХМБ, баріонні акустичні коливання, наднові типу Ia або гравітаційне лінзування”.
Результати дослідження опубліковані в The Astrophysical Journal.
