Елегантно обяснение за структурата на Вселената

Млечен път. Източник: Pixabay

 

Автор: Цветомира Бeкриева

Във Вселената има милиарди галактики, чието разпределение в пространството изглежда много хаотично. Защо днес наблюдаваме това неравномерно разпределение на вещество във видимата Вселена и как то се е формирало и разрастнало? Благодарение на 10-годишно проучване, в коете бяха изследвани десетки хиляди галактики, вече имаме нов подход към разгадаване на този фундаментален въпрос. 

 Изследване в рамките на 10 години, което обхваща десетки хиляди галактики, ни дава нов поглед над ключовия въпрос за разпределението на галактиките във Вселената. Изследването е проведено чрез единия от двата телескопа Magallan (Giant Magallan Telescope – GMT) в Лас Кампанас, Чили – телескопа Baade. Резултатите от изследването, проведено от Даниел Келсън от Carnegie Institution for Science, са публикувани в месечните известия на Кралското астрономическо общество.

„Как да опишеш неописуемото?“, се пита Келсън. „Като възприемеш съвсем нов подход по въпроса.“

„Нашата стратегия предоставя нов интуитивен подход към това как гравитацията навигира разпределението на веществото още от ранните етапи на развитие на Вселената“, споделя Андрю Бенсън, съавтор на изследването. „Това е директна наблюдателна проверка на един от основните стълбове на космологията.“

Съвместното изследване на Carnegie Institution for Science и проекта Spitzer Space Telescope на NASA, наречено Carnegie-Spitzer-IMACS Redshift Survey (CSI) цели да разбере връзката между разтежа на галактиките и заобикалящата ги среда през последните 9 милиарда години. Избран е този период, тъй като тогава се формира съвременния облик на галактиките. 


РЕКЛАМА:

***

Първите галактики са се образували няколкостотин милиона години след Големия взрив. Той дава начален тласък и превръща Вселената гореща, мътна „супа“ от изключително високоенергийни частици. Докато това вещество се разширява от първоначалната експлозия, то се охлажда и частиците „се слепват“, образувайки неутрален водороден газ. Някои региони остават по-плътни от други и в крайна сметка тяхната гравитация надделява над разширението на вещество, в следствие от Големия взрив.. 

Разликите в плътността, които водят до формиране на големи и малки структури в определени региони, са дългогодишен обект на недоумение. Досега астрономичените модели, които се стремят да обяснят растежа на структурите във Вселената през последните 13 милиарда години, търпят редица математически ограничения.

„Гравитационните взаимодействия, които възникват между всички частици във Вселената, са твърде сложни, за да се обяснят с проста математика“, смята Бенсън.

За тази цел астрономите или са използват математически приближения, които компрометират точността на моделите, или създават големи компютърни симулации, които числено се опитват да  моделират всички взаимодействия между галактиките. „Всички“ обаче се оказва препъникамък, тъй като това се смята за твърде сложно начинание.

„Основна цел на нашето проучване беше да оценим масата на звездите, открити в огромна част от далечните галактики, и след това да използваме тази информация, за да формулираме нов подход за изучаване на разпределението на вещество във Вселената“, обяснява Келсън.

Изследователският екип включва Луис Абрамсън от Carnegie Institution for Science, Шанън Пател, Стивън Шектман, Алън Дрезлер, Патрик Маккарти и Джон С. Мълчай, както и Рик Уилямс от Uber Technologies. Екипът демонстрира за първи път, че растежът от отделните протоструктури може да бъде изчислен и след това осреднен за цялото космическо пространство.

По този начин стана ясно, че по-плътните участъци се разрастват по-бързо, а по-разредените – по-бавно.

След това изследователите започват да работят отпред-назад, за да определят първоначалното разпределение, темпа на растеж и колебанията в плътността, които в крайна сметка са отговорни за разпределението на галактиките, което виждаме днес.

По същество тяхната работа предоставя просто, но точно, описание на това защо и как колебанията в плътността се развиват по начина, по който се наблюдава във Вселената. Освен това те разработват изчислителни методи, които са в основата на разбирането ни за най-ранните етапи от съществуването на Вселената.

„Толкова е просто, колкото и елегантно“, добавя Келсън.

Изводите от изследването не биха били възможни без отпускането на голям брой наблюдателни нощи в Лас Кампанас.

„Много институции не биха имали капацитета да поемат проект с от такъв калибър“, споделя  директорът на обсерваториите GMT Джон Мълчай. „Благодарение на нашите телескопи Magellan успяхме да извършим това проучване и да допринесем за създаването на нов подход към класически въпрос.“

„Няма съмнение, че този проект изискваше ресурси на институция като Carnegie. Освен това нашата работа не би могла да се извърши без огромния брой допълнителни изображения в инфрачервения спектър, които успяхме да получим в обсерваториите Kitt Peak National Observatory и Cerro Tololo Inter-American Observatory, които са част от Националната лаборатория за изследване на оптично-инфрачервена астрономия на NSF“, добавя Келсън.

 


Европейска нощ на учените 2022 г.: