Проект DESI представил крупнейшую 2D-карту Вселенной: 4 миллиарда объектов на 5,6 трлн пикселей
Международная коллаборация DESI, работающая со спектрографом темной энергии, представила крупнейшую в истории астрономии плоскую карту наблюдаемой Вселенной. Одиннадцатый массив данных, получивший обозначение Data Release 11, объединил почти четыре миллиарда космических объектов в изображение размером 5,6 триллиона пикселей. Карта покрывает примерно 75 процентов ночного неба, объединяя наблюдения в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах.
На итоговом снимке зафиксированы астероиды Солнечной системы, звезды Млечного Пути, далекие галактики, квазары и активные ядра со сверхмассивными черными дырами в центре. Чтобы охватить три четверти небесной сферы с высоким разрешением, исследователи объединили данные трех наземных программ: DECaLS, MzLS и BASS. Съемка велась на 4-метровом телескопе имени Виктора Бланко в Чили, 4-метровом телескопе Майолла и 2,3-метровом телескопе Бока в Аризоне. Оптические данные дополнили инфракрасными снимками орбитальной обсерватории NASA WISE — это позволило разглядеть миллионы тусклых галактик, скрытых за облаками космической пыли, которая рассеивает видимый свет, но прозрачна для более длинных волн.
Опубликованная карта двумерна: для каждого объекта известны угловые координаты и яркость в разных фильтрах, но не расстояние. На плоском снимке тусклая близкая звезда неотличима от гигантской, но крайне далекой галактики. Чтобы вычислить третье измерение, требуется спектроскопия — разложение света на составляющие и измерение красного смещения. Из-за расширения Вселенной свет от удаляющихся галактик растягивается, и спектральные линии смещаются в длинноволновую сторону. По величине этого смещения физики вычисляют скорость разбегания и дистанцию до объекта.
Обработать спектры четырех миллиардов источников невозможно, поэтому новая карта выполняет роль каталога целей. Астрономы отбирают по ней наиболее важные галактики и квазары, после чего наводят на них спектрограф DESI — роботизированный комплекс с 5000 оптоволоконных позиционеров, установленный на телескопе Майолла. Автоматизированная система измеряет спектры пяти тысяч объектов за одну экспозицию, затем перенастраивает волокна на следующую группу. За пять лет работы прибор определил трехмерные координаты более 47 миллионов галактик и квазаров на расстояниях до 11 миллиардов световых лет.
Сверхновые типа Ia, вспыхивающие в далеких галактиках, обладают одинаковой предельной светимостью, что делает их эталонными «свечами» для измерения расстояний. Наблюдения 1998 года показали: далекие сверхновые выглядят тусклее, чем должны быть при замедляющемся расширении. Так физики пришли к выводу, что Вселенная расширяется с ускорением, и ввели понятие темной энергии — гипотетической субстанции, создающей отрицательное давление и занимающей около 70 процентов массы-энергии космоса.
В стандартной модели ΛCDM темная энергия считается неизменной космологической постоянной, введенной Эйнштейном. Однако предварительный анализ распределения галактик по данным DESI показал неожиданный результат: действие темной энергии выглядит ослабевающим с течением времени. Если это подтвердится, от концепции статичной постоянной придется отказаться в пользу динамического поля — квинтэссенции. У такого сценария есть прямое следствие: ускоренное расширение замедлится, и в отдаленном будущем Вселенная может перейти в равновесное состояние либо начать сжиматься.
Помимо космологических задач, архив DR11 служит инструментом для поиска гравитационных линз. Массивные скопления галактик искривляют пространство вокруг себя и искажают свет фоновых источников; анализ формы таких дуг позволяет напрямую измерять распределение темной материи, на долю которой приходится около 85 процентов гравитирующей массы. Каталог также помогает изучать кратковременные вспышки — сверхновые, слияния нейтронных звезд и быстрые радиовсплески: архивные снимки показывают, что находилось в точке взрыва до события.
Массив на четыре миллиарда объектов невозможно обработать вручную, поэтому ученые обучают алгоритмы машинного обучения автоматически классифицировать источники и выявлять редкие аномалии. Эти наработки критически важны для будущих обсерваторий: телескопа имени Веры Рубин с 3,2-миллиардной камерой, который будет генерировать по 10 терабайт данных ежесуточно, и инфракрасной обсерватории Nancy Grace Roman с полем зрения в сто раз больше хаббловского. Без размеченных справочников вроде DR11 их автоматика не сможет фильтровать полезный сигнал в таких потоках информации.
Каталог открыт для всех: профессиональные исследователи работают с базой через сервис Astro Data Lab, а любой желающий может рассматривать карту в веб-приложении Legacy Survey Sky Viewer — от общих видов полушарий до спиральных рукавов отдельных галактик. Наблюдения DESI продолжаются; сбор данных продлится минимум до 2028 года. В 2027-м коллаборация планирует опубликовать обновленный трехмерный анализ, который должен дать окончательный ответ на вопрос, действительно ли темная энергия ослабевает и какой физический финал ожидает расширяющуюся Вселенную.
