Галактики розподілені у Всесвіті нерівномірно. Є місця, де вони практично відсутні, вони називаються войдами. Науковці досі мають про них достатньо поверхневе уявлення, але новий космічний телескоп, названий на честь Ненсі Грейс Роман, дозволить роздивитися їх як слід.
Космічні войди
Наш Всесвіт наповнений галактиками, які простягаються у всіх напрямках, наскільки це дозволяють бачити наші прилади. Деякі дослідники вважають, що у спостережуваному Всесвіті існує близько 2 трл галактик. На перший погляд, може здатися, що ці галактики розташовані у просторі хаотично, але це не так. Ретельне картографування показало, що вони розподілені по поверхні гігантських космічних «бульбашок» діаметром до кількох сотень мільйонів світлових років. Всередині цих бульбашок міститься небагато галактик, тому ці області називаються космічними порожнечами. Космічний телескоп NASA «Ненсі Грейс Роман» дозволить виміряти ці порожнечі з новою точністю, що дасть нам інформацію про історію розширення Всесвіту.
«Здатність Roman спостерігати великі ділянки неба на великій глибині, виявляючи безліч слабких і віддалених галактик, революціонізує вивчення космічних порожнин», — сказав Джованні Верза з Інституту Флетайрон і Нью-Йоркського університету, головний автор статті, опублікованої в журналі The Astrophysical Journal.
Темна енергія та дослідження космічних порожнин
Космос складається з трьох основних компонентів: звичайної матерії, темної матерії та темної енергії. Гравітація звичайної та темної матерії намагається уповільнити розширення Всесвіту, тоді як темна енергія протидіє гравітації, прискорюючи розширення Всесвіту. Природа як темної матерії, так і темної енергії наразі невідома. Науковці намагаються зрозуміти їх, вивчаючи їхній вплив на те, що ми можемо спостерігати, наприклад, розподіл галактик у просторі.
«Оскільки вони відносно порожні, порожнечі є областями простору, в яких домінує темна енергія. Вивчаючи порожнечі, ми зможемо встановити потужні обмеження на природу темної енергії», — сказала співавторка дослідження Аліса Пізані з CNRS (Французького національного центру наукових досліджень) у Франції та Принстонського університету в Нью-Джерсі.
Щоб визначити, як Roman може досліджувати порожнечі, вчені розглянули один із можливих варіантів проєкту Roman High-Latitude Wide-Area Survey, одного з трьох основних спільних досліджень, які буде проводити Roman. High-Latitude Wide-Area Survey буде спрямований у бік, протилежний площині нашої Галактики (звідси й термін «висока широта» в галактичних координатах). Команда виявила, що це дослідження має бути здатним виявити та виміряти десятки тисяч космічних порожнин, деякі з яких мають розмір лише 20 млн світлових років. Така велика кількість порожнин дозволить науковцям використовувати статистичні методи для визначення того, як на їхні спостережувані форми впливають ключові компоненти Всесвіту.
Рецепт «космічного торта»
Щоб визначити фактичні 3D-форми порожнин, астрономи використовуватимуть два типи даних із Roman — положення галактик на небі та їхнє космологічне червоне зміщення, яке визначається за допомогою спектроскопічних даних. Щоб перетворити червоне зміщення на фізичну відстань, астрономи роблять припущення щодо складових Всесвіту, включаючи силу темної енергії та те, як вона могла еволюціонувати з часом.
Пізані порівняла це з намаганням вивести рецепт торта (тобто склад Всесвіту) з кінцевого десерту, який вам подали. «Ви намагаєтеся додати правильні інгредієнти — правильну кількість речовини, правильну кількість темної енергії — а потім перевіряєте, чи виглядає ваш торт так, як повинен. Якщо ні, це означає, що ви додали неправильні інгредієнти».
У цьому випадку зовнішній вигляд «торта» є формою, отриманою шляхом статистичного накладання один на одного всіх порожнин, виявлених Roman. У середньому, порожнини повинні мати сферичну форму, оскільки у Всесвіті немає «переважного» місця або напрямку (тобто Всесвіт є однорідним та ізотропним у великих масштабах). Це означає, що якщо накладання виконано правильно, отримана форма буде ідеально круглою (або сферично симетричною). Якщо ні, то вам доведеться скоригувати свій космічний рецепт.
Охоплення неба телескопом Roman
Дослідники підкреслили, що для вивчення космічних порожнин у великих кількостях обсерваторія повинна бути здатна досліджувати великий об’єм Всесвіту, оскільки самі порожнини можуть мати розміри в десятки або сотні мільйонів світлових років.
Спектроскопічні дані, необхідні для вивчення порожнин, будуть отримані в результаті проведення Романської високоширотної широкомасштабної зйомки, яка охопить близько 2400 квадратних градусів неба, або 12 000 повних місяців. Вона також зможе бачити більш тьмяні й віддалені об’єкти, забезпечуючи більшу щільність галактик, ніж доповнюючі місії, такі як Euclid Європейської космічної агенції (ESA).
За матеріалами phys.org
