Що стосується точності, кожен прагне на сто відсотків, але вимірювання космічних відстаней залишає трохи більше випадковості. Лише кілька днів тому дослідники Спектроскопічного дослідження осциляції Баріона (BOSS) оголосили всьому світу, що їм вдалося виміряти відстань до галактик, розташованих на відстані понад шість мільярдів світлових років, до рівня впевненості усього один відсоток. Якщо це оголошення не здається захоплюючим, подумайте, що воно означає для інших досліджень. Ці нові вимірювання дають параметр властивостей всюдисущої "темної енергії" - джерела універсального розширення.
"У нашому щоденному житті не так багато речей, про які ми знаємо з одновідсотковою точністю", - сказав Девід Шлегель, фізик з Національної лабораторії Лоуренса Берклі (LBNL) та головний слідчий BOSS. "Зараз я знаю розміри Всесвіту краще, ніж я знаю розміри свого будинку".
Висновки дослідницької групи були представлені на засіданні Американського астрономічного товариства астрономом Гарвардського університету Даніелем Айзенштейном, директором Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), всесвітньої організації, до складу якої входить BOSS. Вони детально викладені в серії статей, поданих до журналів за співпрацею BOSS минулого місяця, всі вони тепер доступні як передрук в Інтернеті.
"Визначення відстані є основним завданням астрономії", - сказав Ейзенштейн. "Ви щось бачите на небі - наскільки це далеко? Як тільки ти дізнаєшся, наскільки далеко, дізнатися все інше про нього раптом набагато простіше ».
Що стосується вимірювання відстаней у космосі, астрономи застосували багато методів. Вимірювання відстаней до планет було здійснено за допомогою радіолокатора, але це має свої обмеження, і просування далі в космос означає менш прямий метод. Незважаючи на те, що вони виявилися надзвичайно точними, все ж є чинник невизначеності - той, який виражається у відсотках. Наприклад, якщо ви вимірювали відстань від об'єкта за 200 миль до істинного значення 2 милі, то ви вимірювали з точністю 1%. Космічно кажучи, всього кілька сотень зірок і жменька зоряних скупчень насправді досить близькі, щоб їх так точно прогнозували відстані. Вони мешкають в Чумацькому Шляху і знаходяться всього за кілька тисяч світлових років. BOSS доводить це до крайності ... його вимірювання виходять далеко за межі наших галактичних кордонів, більш ніж мільйон разів далі, і відображає Всесвіт з незрівнянною точністю.
Завдяки цим новим, високоточним вимірюванням відстані, астрономи BOSS просуваються в напрямку темної енергії. «Ми ще не розуміємо, що таке темна енергія, - пояснив Ейзенштейн, - але ми можемо виміряти її властивості. Потім ми порівнюємо ці значення з тими, які ми їх очікуємо, враховуючи наше сучасне розуміння Всесвіту. Чим краще наші вимірювання, тим більше ми можемо навчитися ».
Тільки як це робиться? Домогтися однопроцентного вимірювання за шість мільярдів світлових років не так просто, як вимірювати об’єкт Сонячної системи або навіть той, що міститься в нашій галактиці. Тут грає БОС. Це найбільший з чотирьох проектів, які складають Слоан цифрового обстеження неба 3 (SDSS-III), і він був побудований з метою використання цієї методики: вимірювання так званих "акустичних коливань баріона" (БАО), тонких періодичних пульсацій в розподіл галактик у космосі. Ці пульсації є сигналом хвиль тиску, які колись круїзували ранній Всесвіт у той час, коли речі були настільки гарячими і щільними, що фотони марширували разом з баріонами - матеріалом, що створює ядра атомів. Оскільки розмір пульсації відомий, цей розмір тепер можна виміряти за допомогою відображення галактик.
"Завдяки цим вимірюванням галактики природа подарувала нам прекрасного правителя", - сказала Ешлі Росс, астроном з Університету Портсмута. "Лінійка, як правило, триває півмільярда світлових років, тому ми можемо використовувати її для точного вимірювання відстаней, навіть дуже далеко.
Використовуючи свій спеціалізований прилад, який дозволяє здійснити детальні вимірювання тисячі галактик одночасно, BOSS взяв на себе величезну проблему - картографувати розташування понад мільйона галактик. "У ясну ніч, коли все пройде ідеально, ми можемо додати на карту більше 8000 галактик і квазарів", - сказав Кайке Пан, який керує командою спостерігачів 2,5-метрового телескопа Фонду Слоан в обсерваторії Apache Point в SDSS-III Нью-Мексико.
Незважаючи на те, що дослідницька група BOSS представила свої ранні карти галактик та почали вимірювання БАО рік тому, ці нові дані охоплюють вдвічі більше території та дають ще більш точне вимірювання - в тому числі для найближчих галактик. "Проведення цих вимірювань на двох різних відстанях дозволяє нам побачити, як розширення Всесвіту змінилося з часом, що допоможе нам зрозуміти, чому воно прискорюється", - пояснила астроном Університету Портсмута Ріта Тоджейро, яка є головою кластеризації галактики BOSS робоча група разом з Джеремі Тінкером з Нью-Йоркського університету.
Аналогічне дослідження також займається Мар'яна Варгас-Магана, докторантура з університету Карнегі Меллон. Щоб забезпечити ще більшу точність, вона розглядає будь-які тонкі ефекти, які можуть впливати на вимірювання BOSS. "Коли ви намагаєтесь досягти одного відсотка, ви повинні бути параноїком щодо всього, що може піти навіть трохи не так", - сказала Варгас-Магана, - наприклад, невеликі відмінності в тому, як ідентифікувались галактики, могли скинути все вимірювання їх розповсюдження, тому різні частини неба довелося ретельно перевіряти. «На щастя, - сказала Варгас-Магана, - в нашій команді є багато обережних людей, які перевіряють наші припущення. На той час, коли всі вони задоволені, ми впевнені, що нічого не пропустили ».
На сьогоднішній день, ці нові висновки BOSS, здавалося б, відповідали тому, що ми вважаємо формою темної енергії - постійною, що зустрічається протягом усієї історії Всесвіту. Згідно з випуском новин, ця «космологічна константа» - це одне із шести номерів, необхідних для створення моделі, яка збігається зі масштабом та структурою Всесвіту. Шлегель порівнює цю модель з шести цифрами із скляною панеллю, яку закріплюють на місці болтами, які представляють різні виміри історії Всесвіту. "Зараз у BOSS є один з найкрутіших із цих болтів, і ми просто надали йому ще одну половину обороту", - сказав Шлегель. "Кожен раз, коли ви піднімаєте напругу, і скло не розбивається, це успіх моделі."
Оригінальне джерело історії: Sloan Digital Sky Survey III Випуск новин. Для подальшого читання: Новини Інституту Макса Планка.
