Телескоп Nancy Grace Roman разгадывает природу темной энергии через изучение пустот

Космос — это не только сверхмассивные черные дыры и сталкивающиеся галактики. Порой самые ценные открытия скрываются в его, казалось бы, пустых местах — гигантских космических пустотах, растянувшихся на сотни миллионов световых лет. Именно их изучение станет ключом к пониманию одной из величайших загадок современной физики — темной энергии. И новый инструмент человечества, космический телескоп Nancy Grace Roman, готовится дать нам беспрецедентный взгляд на эти «пузыри» в ткани Вселенной.

Что такое космические пустоты и почему они важны?

Космические пустоты — это гигантские области пространства с крайне низкой плотностью материи, окруженные нитями и стенками галактик, которые формируют крупномасштабную структуру Вселенной. Они не совсем пусты, но содержат менее 10% вещества от средней концентрации в космосе. Их размеры колоссальны — они могут достигать сотен миллионов световых лет в поперечнике.

Именно в этих разреженных областях, где влияние гравитации минимально, легче всего изолировать и измерить эффекты темной энергии — таинственной силы, ответственной за ускоряющееся расширение Вселенной. Пустоты расширяются быстрее, чем плотные регионы, и, отслеживая их рост и эволюцию, космологи могут проверять свои теоретические модели.

Это классический случай, когда «ничто» оказывается гораздо информативнее «чего-то». Изучая пустоты, мы, по сути, наблюдаем чистый эксперимент темной энергии, не замутненный гравитационными взаимодействиями. Это все равно что пытаться услышать тихий звук в шумной комнате — проще выйти в тихое помещение.

Роль телескопа Nancy Grace Roman в новой миссии

Изучение темной энергии — одна из главных научных целей телескопа Nancy Grace Roman, запуск которого запланирован на середину 2020-х годов. Его уникальность заключается в сочетании трех независимых методов наблюдений: барионных акустических осцилляций, слабого гравитационного линзирования и наблюдений за сверхновыми типа Ia. Но именно его широкое поле зрения и чувствительность в инфракрасном диапазоне делают его идеальным охотником за пустотами.

Новое исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal под названием «Cosmology with Voids from the Nancy Grace Roman Space Telescope», предсказывает возможности инструмента. Ведущий автор, Джованни Верца из Flatiron Institute и Нью-Йоркского университета, с коллегами утверждает, что телескоп предоставит «образец космических пустот исключительного качества вплоть до нескольких мегапарсек».

Согласно моделированию, в рамках High-Latitude Wide-Area Survey (широкоугольного обзора высоких широт) Roman обнаружит десятки тысяч космических пустот, причем некоторые из них будут иметь размер всего около 20 миллионов световых лет. «Мы обнаруживаем 82 551 пустоту в галактическом световом конусе площадью 2000 квадратных градусов», — пишут авторы.

Технология обнаружения и синергия с другими миссиями

Широкопольный инструмент телескопа будет захватывать спектры галактик, обрамляющих пустоты. Это позволит определить их космологическое красное смещение и, в сочетании с позицией на небе, реконструировать трехмерную форму пустот.

«Пустоты определяются тем, что они содержат очень мало галактик. Поэтому, чтобы их обнаружить, нужно уметь наблюдать довольно разреженные и слабые галактики. С Roman мы сможем лучше рассмотреть галактики, населяющие пустоты, что в конечном итоге даст нам более глубокое понимание космологических параметров, таких как темная энергия, которые формируют пустоты», — пояснила соавтор исследования Джулия Дегни из Университета Roma Tre.

Nancy Grace Roman не будет работать в одиночку. Он станет частью мощного трио вместе с миссией Euclid от Европейского космического агентства и наземной обсерваторией Vera Rubin. Их задачи дополняют друг друга:

• Euclid проведет сверхширокий обзор неба (14 000 кв. градусов), но с меньшей глубиной.
• Roman охватит 2 000 кв. градусов, но заглянет гораздо глубже, работая исключительно в инфракрасном диапазоне.
• Vera Rubin обеспечит перекрывающиеся области наблюдений с Земли.

Такая синергия позволит создать беспрецедентно детальную карту крупномасштабной структуры Вселенной и проследить, как темная энергия влияет на ее эволюцию. Пока мы не знаем, что такое темная энергия на фундаментальном уровне, но ее «отпечатки пальцев» на космических пустотах могут стать тем самым ключом, который откроет дверь к новой физике.

По материалам UniverseToday.