Los wszechświata zależy od równowagi między materią a ciemną energią: podstawowy składnik, który napędza jego przyspieszającą ekspansję. Nowe wyniki współpracy Dark Energy Spektroskopowe (DESI) wykorzystują największą mapę 3D naszego wszechświata, jaki kiedykolwiek stworzył, aby śledzić wpływy Dark Energy w ciągu ostatnich 11 miliardów lat. Naukowcy widzą wskazówki, że ciemna energia, powszechnie uważana za „stałą kosmologiczną”, może ewoluować z czasem w nieoczekiwany sposób.
DESI to międzynarodowy eksperyment z ponad 900 badaczami z ponad 70 instytucji na całym świecie i jest zarządzany przez amerykański Departament Energii Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). Współpraca podzieliła się dziś swoimi odkryciami w wielu artykułach, które zostaną opublikowane w internetowym repozytorium Arxiv oraz w prezentacji na Global Physics Summit American Physical Society w Anaheim w Kalifornii.
„To, co widzimy, jest głęboko intrygujące”-powiedziała Alexie Leauthud-Harnett, współspokodawca Desi i profesor w UC Santa Cruz. „To ekscytujące myśleć, że możemy być na granicy poważnego odkrycia na temat ciemnej energii i fundamentalnej natury naszego wszechświata”.
Wybrane same dane Desi są zgodne z naszym standardowym modelem wszechświata: Lambda CDM (gdzie CDM jest zimną ciemną materią, a Lambda stanowi najprostszy przypadek ciemnej energii, w której działa jak stała kosmologiczna). Jednak w połączeniu z innymi pomiarami uprawiają wskazania, że wpływ ciemnej energii może osłabić z czasem i że inne modele mogą być lepsze. Inne pomiary obejmują resztki światła od świtu wszechświata (kosmiczne tło mikrofalowe lub CMB), eksplodujące gwiazdy (supernowe) oraz sposób, w jaki światło z odległych galaktyk jest wypaczone przez grawitację (słabe soczewkę).
„Kierujemy się brzytwą Octam i najprostszym wyjaśnieniem tego, co widzimy, jest przesunięcie”-powiedział Will Percival, współspokodawca Desi i profesor na University of Waterloo. „Wygląda na to, że może być konieczne zmodyfikowanie naszego standardowego modelu kosmologii, aby te różne zestawy danych mają sens – a ewolucja ciemnej energii wydaje się obiecująca”.
Jak dotąd preferencje ewoluującej ciemnej energii nie wzrosły do „5 sigma”, złotego standardu fizyki, który reprezentuje próg odkrycia. Jednak różne kombinacje danych DESI z CMB, słabe soczewki i zestawy danych supernowy wynoszą od 2,8 do 4,2 sigma. (Wydarzenie 3-SIGMA ma 0,3% szans na bycie statystycznym przypadkiem, ale wiele zdarzeń 3-SIGMA w fizyce zniknęło z większą liczbą danych.) Analiza wykorzystała technikę do ukrycia wyników od naukowców do końca, łagodząc wszelkie nieświadome uprzedzenia dotyczące danych.
„Jesteśmy w firmie pozwalania wszechświatowi powiedzieć nam, jak to działa, a być może wszechświat mówi nam, że jest bardziej skomplikowany, niż się spodziewaliśmy”-powiedział Andrei Cuceu, badacz doktoktorczyków w Berkeley Lab i współprzewodniczący grupy roboczej Lyman-Alpha Desi, która wykorzystuje rozkład międzygalaktycznego wodoru. „To interesujące i daje nam większą pewność, że wiele różnych dowodów wskazuje w tym samym kierunku”.
Desi jest jednym z najobszerniejszych badań kosmosu, jakie kiedykolwiek przeprowadzono. Najnowocześniejszy instrument, który wychwytuje światło z 5000 galaktyk jednocześnie, został zbudowany i jest obsługiwany z finansowaniem z DOE Office of Science. DESI jest zamontowany na 4-metrowym teleskopie Nicholas U. Mayall w Kitt Peak National Observatory (program NSF Noirlab) w Arizonie. Eksperyment odbywa się teraz w czwartym pięciu latach, które badają niebo, z planami pomiaru około 50 milionów galaktyk i kwazarów (niezwykle odległych, ale jasnych obiektów z czarnymi dziurami na swoich rdzeniach) do czasu zakończenia projektu.
Nowa analiza wykorzystuje dane z pierwszych trzech lat obserwacji i obejmuje prawie 15 milionów najlepiej mierzonych galaktyk i kwazarów. Jest to główny skok do przodu, poprawa precyzji eksperymentu za pomocą zestawu danych, który jest ponad dwukrotnie więcej niż w pierwszej analizie DESI, która również wskazała na ewoluującą ciemną energię.
„Nie chodzi tylko o to, że dane nadal wykazują preferencję dla ewolucji ciemnej energii, ale że dowody są teraz silniejsze niż było”-powiedział Seshadri Nadathur, profesor na University of Portsmouth i współprzewodniczący Galaxy Galaxy i Quasar Clustering Group. „Przeprowadziliśmy również wiele dodatkowych testów w porównaniu z pierwszym rokiem i sprawiają, że jesteśmy pewni, że wyniki nie są spowodowane nieznanym efektem w danych, których nie uwzględniliśmy”.
Desi śledzi wpływy Dark Energy, badając, w jaki sposób materia jest rozprzestrzeniana na wszechświecie. Wydarzenia w bardzo wczesnym wszechświecie pozostawiły subtelne wzorce w sposób dystrybucji materii, funkcja zwana oscylacjami akustycznymi baruon (BAO). Ten wzór BAO działa jako standardowy linijka, z jego rozmiarem w różnych momentach bezpośrednio dotkniętych tym, jak powiększał się wszechświat. Mierzenie władcy na różnych odległościach pokazuje badacze siłę ciemnej energii w całej historii. Precyzja Desiego z tym podejściem jest najlepsza na świecie.
„Przez kilka dziesięcioleci mieliśmy ten standardowy model kosmologii, który jest naprawdę imponujący”-powiedział Willem Elbers, postoktorancki badacz z Uniwersytetu Durham i współprzewodniczący grupy roboczej Desi's Cosmological Parameter Easting, która wykrywa liczby opisujące nasz wszechświat. „Ponieważ nasze dane stają się coraz bardziej precyzyjne, znajdujemy potencjalne pęknięcia w modelu i zdajemy sobie sprawę, że możemy potrzebować czegoś nowego, aby wyjaśnić wszystkie wyniki razem”.
Współpraca wkrótce rozpocznie prace nad dodatkowymi analizami w celu wyodrębnienia jeszcze więcej informacji z bieżącego zestawu danych, a DESI będzie nadal zbierać dane. Inne eksperymenty pojawiające się w Internecie w ciągu najbliższych kilku lat będą również dostarczyć uzupełniających się zestawów danych do przyszłych analiz.
„Nasze wyniki są żyzne dla naszych kolegów z teorii, którzy patrzą na nowe i istniejące modele, i jesteśmy podekscytowani, aby zobaczyć, co wymyślili” – powiedział Michael Levi, dyrektor DESI i naukowiec z Berkeley Lab. „Niezależnie od natury ciemnej energii, kształtuje przyszłość naszego wszechświata. To dość niezwykłe, że możemy spojrzeć w niebo z naszymi teleskopami i spróbować odpowiedzieć na jedno z największych pytań, jakie ludzkość kiedykolwiek zadała”.
Filmy omawiające nową analizę eksperymentu są dostępne na kanale Desi YouTube. Oprócz zaprezentowania najnowszych wyników Dark Energy na spotkaniu APS, współpraca DESI ogłosiła również, że jej wersja danych 1 (DR1), która zawiera pierwsze 13 miesięcy głównych danych z ankiety, jest już dostępna dla każdego, kto mógłby zbadać. Dzięki informacjom o milionach obiektów niebieskich, zestaw danych będzie wspierać szeroki zakres badań astrofizycznych przez innych, oprócz celów kosmologii Desi.
DESI jest wspierany przez DOE Office of Science i National Energy Scientific Computing Center, Krajowy Office User Office of Science. Dodatkowe poparcie dla DESI jest zapewniane przez amerykańską National Science Foundation; Rada Obiektów Nauki i Technologii Wielkiej Brytanii; Fundacja Gordon i Betty Moore; Fundacja Heising-Simons; Francuska alternatywna energia i Komisja Energii Atomowej (CEA); Krajowa Rada Nauk Humanistycznych, Nauk i Technologii Meksyku; Ministerstwo Nauki i Innowacji Hiszpanii; oraz przez instytucje członkowskie DESI.
Współpraca DESI ma zaszczyt przeprowadzić badania naukowe dotyczące I'oligam Du'ag (Kitt Peak), góry ze szczególnym znaczeniem dla narodu Tohono O'odham.
Link do listy dokumentów: https://data.desi.lbl.gov/doc/papers/