Використовуючи спостереження за 3000 квазарів, виявлених Sloan Digital Sky Survey (SDSS), вчені здійснили найбільш точне вимірювання на сьогоднішній день космічної кластеризації дифузного водню. Ці квазари - в 100 разів більше, ніж використовувались у подібних аналізах в минулому - знаходяться на відстані восьми-десяти мільярдів світлових років, що робить їх одними з найбільш віддалених об'єктів.
Нитки газу між квазарами і Землею поглинають світло в спектрах квазара, що дозволяє дослідникам скласти карту розподілу газу і виміряти, наскільки незграбний газ на масштабах одного мільйона світлових років. Ступінь скупчення цього газу, в свою чергу, може дати відповідь на фундаментальні питання, такі, як нейтрино має масу, і яка природа темної енергії, гіпотеза вважає, що керує прискореним розширенням Всесвіту.
"Вчені давно вивчають скупчення галактик, щоб дізнатися про космологію", - пояснив Урос Селяк з Принстонського університету, один із дослідників SDSS. “Однак фізика утворення та кластеризації галактик дуже складна. Зокрема, оскільки більша частина маси Всесвіту складається з темної матерії, невизначеність виникає через наше нерозуміння зв'язку між розподілом галактик (які ми бачимо) і темною речовиною (яку ми не можемо побачити але космологічні моделі передбачають). " Газові нитки, що спостерігаються в квазарних спектрах, вважається, розподіляються дуже схоже на темну речовину, усуваючи це джерело невизначеності.
"Ми вже кілька років знаємо, що квазарові спектри - це унікальний інструмент для вивчення розподілу темної речовини в ранньому Всесвіті, але кількість та якість даних SDSS зробили це бачення реальністю", - сказав Девід Вайнберг з Державного університету штату Огайо. , член команди SDSS. "Дивно, що ми можемо так багато дізнатися про будову Всесвіту 10 мільярдів років тому".
Селяк та його співробітники по SDSS поєднали аналіз квазарних спектрів з вимірюваннями кластеризації галактик, гравітаційним лінзуванням і пульсаціями в космічному мікрохвильовому фоновому режимі, який спостерігав зонд Анізотропії Мікрохвильового піску NASA Wilkinson (WMAP). Це дає найкраще визначення на сьогоднішній день кластеризації речовини у Всесвіті від масштабів від одного мільйона світлових років до багатьох мільярдів світлових років. Цей всеосяжний вигляд дозволяє детально порівняти з теоретичними моделями історії та складових всесвіту.
«Це найжорсткіший тест на сьогодні прогнозів космологічної моделі інфляції; інфляція проходить з літаючими кольорами ", - додав Селяк.
Інфляційна теорія стверджує, що відразу після Великого вибуху всесвіт зазнав періоду надзвичайно швидкого прискорення, під час якого крихітні коливання перетворювалися на зморшки астрономічного розміру в просторі-часі, в кінцевому підсумку помітні при скупченні астрономічних об'єктів. Теорія інфляції пророкує дуже специфічну залежність ступеня кластеризації від масштабу, що суттєво підтверджує сучасний аналіз. Інші сценарії, наприклад, циклічна теорія Всесвіту, дають дуже подібні прогнози і також узгоджуються з останніми результатами.
Ранні аналізи команди WMAP та інших натякали на відхилення в космічній кластеризації від прогнозування інфляції. Якщо це правильно, це вимагало б серйозного перегляду чинної парадигми щодо походження структури у Всесвіті.
"Нові дані та відповідний аналіз істотно підвищують точність спостереження за цим тестом", - сказав Патрік Макдональд з Принстонського університету та один із авторів пошуку. "Нові результати майже повністю узгоджуються з інфляцією".
"Кластеризація речовини - це точне і потужне випробування космологічних моделей. Цей аналіз відповідає і розширює наші попередні дослідження", - погодився Адріан Папа з Університету Джона Хопкінса, який очолив попередній аналіз кластеризації галактик SDSS .
Новий аналіз також дає найкращу інформацію про масу нейтрино. Терестичні експерименти, що призвели до Нобелівської премії 2002 року з фізики, остаточно показали, що нейтрино мають масу, але ці експерименти могли лише виміряти різницю маси між трьома відомими різними типами нейтрино. Наявність нейтрино вплине на космічну кластеризацію на масштабах мільйонів світлових років, саме на шкалах, зондованих квазарними спектрами.
Новий аналіз свідчить про те, що найлегша маса нейтрино повинна бути меншою, ніж удвічі більше, ніж вимірювана раніше різниця маси. Нові вимірювання також виключають можливість створення додаткової масивної сімейства нейтрино, запропонованої деякими наземними експериментами.
"Космологія, наука дуже великих, здатна розповісти нам про властивості фундаментальних частинок, таких як нейтрино", - сказав Лам Хуй з Національної лабораторії прискорень Міністерства енергетики США Фермі, яка проводила незалежний аналіз їх дані, разом зі Скоттом Берлсом з MIT та іншими.
Новий аналіз також забезпечує подальшу підтримку існування темної енергії та дозволяє припустити, що темна енергія не змінюється в часі. Цей аналіз забезпечує найкращі обмеження щодо його еволюції на сьогоднішній день.
"Досі не з'явилося жодних доказів зміни темної енергії, і можливість цих світових розривів у майбутньому істотно зменшиться завдяки цим новим результатам", - сказав Олексій Макаров з Принстонського університету, який також взяв участь участь у цьому дослідженні.
Оригінальне джерело: SDSS News Release
