Команда Университета Людвига Максимилиана (LMU) представила модель, позволяющую определить, что цвет галактики говорит о расстоянии до нее, которая будет использоваться для измерения космических структур.
Возраст нашей Вселенной составляет около 13,8 миллиардов лет. За это время мельчайшие первоначальные асимметрии превратились в крупномасштабные структуры, которые мы можем наблюдать в ночном небе в наши телескопы: галактики, подобные нашему Млечному Пути, скопления галактик и даже более крупные скопления вещества или нити газа и пыли.
Насколько быстро произойдет этот рост, зависит, по крайней мере, в современной Вселенной, от своего рода борьбы между природными силами: сможет ли темная материя, которая удерживает все вместе благодаря своей гравитации и притягивает дополнительную материю, противостоять темной энергии, которая еще больше раздвигает вселенную?
"Если мы сможем точно измерить структуры на небе, то сможем наблюдать за этой борьбой", - говорит астрофизик LMU Даниэль Грюн.
Именно здесь появляются проекты телескопических наблюдений, позволяющие очень точно запечатлеть большие участки неба на снимках. Например, это исследование темной энергии с помощью телескопа Blanco в Чили и недавно введенного в эксплуатацию спутника Euclid. Ученые LMU участвовали в обоих проектах, в том числе на руководящих должностях, в течение многих лет.
Самый большой набор данных, оцененный на сегодняшний день
Хотя точное определение расстояний между отдельными структурами и галактиками от нас не всегда просто, это жизненно важно. В конце концов, чем дальше находится галактика, тем дольше ее свет доходит до нас, поэтому снимок Вселенной, полученный в результате ее наблюдения, тем старше. Важным источником информации является наблюдаемый цвет галактики, который измеряется наземными телескопами, такими как Blanco, или спутниками, такими как Euclid.
Новое исследование группы под руководством Джейми Маккалоу и Даниэля Грюна, опубликованное в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества, проанализировало самый большой на сегодняшний день набор данных и проливает свет на то, что на самом деле говорит цвет различных галактик об их истинном расстоянии.
В принципе, расстояние до галактики можно точно определить с помощью спектроскопии. Для этого необходимо измерить спектральные линии удаленных галактик. Поскольку Вселенная в целом расширяется, чем дальше от нас расположена галактика, тем длиннее ее длина волны. Это происходит потому, что световые волны далеких галактик растягиваются на долгом пути к нам.
Этот эффект, известный как красное смещение, также изменяет видимые цвета, которые измеряются приборами на изображении галактики. Они кажутся краснее, чем есть на самом деле. Это похоже на эффект Доплера, который мы слышим по звуку сирены скорой помощи, когда она проезжает мимо нас и удаляется.
Нет двух одинаковых галактик
Джейми Маккалоу (Jamie McCullough) - научный сотрудник докторантуры в LMU и Стэнфордском университете. Для своего анализа она использовала спектроскопические измерения с помощью прибора Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) в сочетании с самым большим на сегодняшний день набором данных для точного измерения цветов галактик (KiDS-VIKING).
В частности, авторы объединили спектроскопические данные DESI из в общей сложности 230 000 галактик с цветами этих галактик в обзоре KiDS-VIKING и использовали эту информацию для определения взаимосвязи между расстоянием до галактики от нас и ее наблюдаемым цветом и яркостью. Во Вселенной нет двух одинаковых галактик, но для каждого класса похожих галактик существует особая взаимосвязь между наблюдаемым цветом и красным смещением.
"Если мы сможем объединить информацию о расстояниях с измерениями формы галактик, мы сможем определить крупномасштабные структуры по искажениям света", - говорит Джейми Маккалоу.
Результаты исследования позволяют статистически определить истинное расстояние до каждой галактики, наблюдаемой на снимках, сделанных Euclid или Dark Energy Survey.
Анализируя наблюдаемые искажения изображений галактик, ученые смогут узнать кое-что о поведении космических структур сегодня и миллиарды лет назад и лучше понять их. Это позволит лучше понять эволюционную историю Вселенной.
Чтобы иметь возможность наблюдать за ходом формирования структуры с течением времени, вам не нужно ждать миллиарды лет; достаточно измерить структуру на различных расстояниях от Земли. С помощью одних только изображений это практически невозможно, поскольку вы не можете просто определить расстояние от галактики до нашей по ее внешнему виду на изображении.
Исследование Джейми Маккалоу содержит ключ к решению этой проблемы, предоставляя модель того, что видимый "цвет" галактики говорит нам о ее удаленности от нас.
Наблюдая, как борются темная материя и темная энергия.
Основная цель этого точного наблюдения и распределения галактик на различных расстояниях состоит в том, чтобы получить представление о великой борьбе между естественными силами темной материи и темной энергии.
"Чтобы по-настоящему увидеть, что происходит, вы должны иметь возможность наблюдать за отдельными раундами этого матча", - говорит Грюн. Это связано с тем, что темная энергия готова догнать и потенциально остановить образование более крупных скоплений массы во Вселенной в целом.
"Только тогда мы поймем, что на самом деле представляют собой темная материя и темная энергия и какая из них в конечном счете возобладает".
