Процес дослідження Всесвіту можна порівняти з комп’ютерною томографією (КТ), що дозволяє на різних «зрізах» космічної історії відстежувати, як матерія збиралася у структури на різних етапах його розвитку.
Комбінація даних з двох різних астрономічних оглядів дала змогу науковцям створити «космічну КТ-томографію» еволюції Всесвіту. Ці знімки показали, що під впливом гравітації структура Всесвіту стала менш грудкуватою, тобто складнішою, ніж очікувалося. Дослідники використали шостий і фінальний випуск даних з Атакамського космологічного телескопа (ACT) у поєднанні з даними першого року роботи Спектроскопічного інструменту темної енергії (DESI), щоб дійти таких висновків.
Про це повідомляє Третє око з посиланням на Space.com.
Поєднання цих даних дозволило науковцям накладати часові шари космосу, подібно до того, як старовинні фотографії накладаються на сучасні знімки, створюючи багатовимірний погляд на Всесвіт.
«Цей процес схожий на космічну КТ-томографію, що дозволяє нам дивитися крізь різні зрізи космічної історії й відстежувати, як матерія збиралася в структури на різних етапах», — пояснив один із керівників дослідження, Мет’ю Мадавачері з Пенсильванського університету.
Відстежуючи світло з глибини часів
Щоб створити цю «КТ-томографію» Всесвіту, дослідники звернулися до світла, що існує майже стільки ж, скільки сам Всесвіт.
Це давнє світло дає змогу простежити зміни, яких зазнав космос під впливом гравітації протягом 13,8 мільярда років. ACT, що охоплює приблизно 23% неба, фіксує зображення раннього Всесвіту, використовуючи слабке реліктове випромінювання, що з’явилося невдовзі після Великого вибуху. «Формально це світло називається космічним мікрохвильовим фоном (CMB), але ми інколи називаємо його “дитячим фото Всесвіту”, адже це знімок, коли йому було лише близько 380 000 років», — пояснює Джошуа Кім, аспірант і один із керівників дослідження.
Космічний мікрохвильовий фон (CMB) — це залишкове світло події, що сталася незабаром після Великого вибуху, коли електрони та протони вперше утворили нейтральні атоми водню. Це призвело до зникнення вільних електронів, що раніше розсіювали світло, і, таким чином, Всесвіт став прозорим.
Проте це випромінювання зазнало змін за мільярди років. Через розширення Всесвіту його фотони перейшли на довші хвилі й втратили енергію. Зараз температура CMB складає -270°C.
Оскільки маса викривляє просторово-часовий континуум, створюючи гравітацію, світло CMB змінює свій шлях при проходженні повз масивні структури, такі як скупчення галактик. Це явище називається гравітаційним лінзуванням і було передбачене Альбертом Ейнштейном у його загальній теорії відносності.
Де «грудкуватість» Всесвіту?
Дані ACT дають уявлення про ранній Всесвіт, тоді як DESI надає більш сучасну картину. DESI створює тривимірну карту розподілу мільйонів галактик, особливо яскраво-червоних галактик (LRG), що виступають «орієнтирами» для відстеження розподілу матерії в часі.
«LRG із DESI — це сучасне фото Всесвіту, що показує нам, як розподіляються галактики на різних відстанях», — зазначив Кім. Це дозволяє простежити, як еволюціонували космічні структури від раннього CMB до сучасного Всесвіту.
Поєднання даних ACT і DESI можна порівняти з переглядом фотоальбому, що демонструє розвиток дитини до дорослого стану — тільки у масштабах космосу. Однак команда виявила невелику невідповідність: рівень «грудкуватості» матерії в пізніх епохах не збігається з теоретичними прогнозами.
Хоча ця невідповідність не є настільки значною, щоб вимагати перегляду всієї фізики, вона вказує на те, що космічні структури розвивалися не зовсім так, як передбачають сучасні моделі. Це також натякає на те, що ріст структури Всесвіту міг сповільнитися несподіваними способами.
«Ми виявили, що загалом формування структур добре узгоджується з передбаченнями загальної теорії відносності Ейнштейна», — зазначив Мадавачері. «Проте ми також помітили невелику невідповідність у рівні грудкуватості приблизно чотири мільярди років тому, що може бути цікаво дослідити в майбутньому».
Дослідники планують продовжити цю роботу, використовуючи нові потужні телескопи, які дозволять отримати ще точніші вимірювання.
Результати цього дослідження були опубліковані 10 грудня 2024 року в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
