Ученые измерили расстояния до далеких галактик

Исследователи заявили, что они измерили расстояния до далеких галактик, находящихся более шести миллиардов световых лет от Земли, с беспрецедентной точностью до одного процента.

Высокоточные измерения Вселенной учеными из BOSS в преставлении художника. Сферы показывают текущие размеры «барионов акустических колебаний» (BAOS) из ранней Вселенной, которые помогли установить распределение галактик, наблюдаемое нами сегодня во Вселенной. Галактики имеют небольшую тенденцию выравнивания по краям сфер — выравнивание было сильно преувеличено в этой иллюстрации. BAOS могут быть использованы в качестве «стандартной линейки» (белая линия) для измерения расстояния до всех галактик во Вселенной.

Исследователи из Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) объявили, что они измерили расстояния до галактик, расположенных более 6 миллиардов световых лет от Земли, с беспрецедентной точностью до 1%. Их измерения накладывают новые ограничения на свойства загадочной «темной энергии», которая, как предполагается, пронизывает пустое пространство, что вызывает ускоренное расширение Вселенной.

«Существует не так много вещей в нашей повседневной жизни, которые мы знаем с точностью 1%», — сказал Дэвид Шлегель из Национальной лаборатории Лоренса Беркли (LBNL) в Калифорнии. «Теперь я знаю размер Вселенной лучше, чем размер моего дома».

Определение расстояния является фундаментальной проблемой астрономии. Мы видим нечто на небе, но насколько оно далеко? На протяжении всей истории астрономы пытались справится с этой задачей, используя много различных методов. Например, расстояния до планет Солнечной системы можно измерить с достаточной точностью с помощью радара, но для более удаленных объектов астрономы должны обратиться к менее прямым методам. Независимо от метода, каждое измерение имеет некоторую неопределенность, которая может быть выражена в виде процента от объекта измерения. Например, если вы измеряете расстояние от Вашингтона до Нью-Йорка, который находится в 320 км, то погрешность в пределах 3 км от истинного значения будет означать, что вы измерили расстояние с точностью до 1 процента.

Лишь несколько сотен звезд и несколько звездных скоплений находятся достаточно близко, чтобы их расстояния могли быть измерены с точностью 1 процент. Почти все из этих звезд находятся на расстоянии лишь нескольких тысяч световых лет от Земли, и все они в пределах нашей галактики Млечный Путь. Тем не менее, новые измерения BOSS выходят далеко за пределы нашей галактики.

С помощью этих новых высокоточных измерений расстояния астрономы BOSS пытаются по новому понять темную энергию. Ученые пока не понимают, что такое темная энергия, но они уже могут измерить ее свойства. Затем полученные значения сравниваются и выстраивается текущие понимание Вселенной. Соответственно, чем точнее измерения, тем лучше понимание Вселенной.

Измерение с точностью до 1% на расстоянии 6 миллиардов световых лет требует совершенно другой техники по сравнению с той, что применялась для подобных задач в Солнечной системе или Млечном Пути. Проект BOSS как раз был построен, чтобы воспользоваться этой техникой — измерения так называемых «барионов акустических колебаний» (BAOS), тонких периодических колебаний в распределении галактик в космосе.

Эти колебания являются волнами давления, которые перемещаются через раннюю Вселенную, столь горячую и плотную, что частицы света (фотоны) двигались вместе с протонами и нейтронами, известными под общим названием «барионы», которые сегодня составляют ядра атомов. Первоначальный размер этих пульсаций известен, а их размер в настоящее время может быть измерен путем сопоставления галактик.

BOSS использует специальный инструмент, который может сделать детальные измерения 1000 галактик за раз. В ясную ночь ученые могут добавить более 8000 галактик и квазаров на карту.

Ученые из команды BOSS представили предварительные измерения BAOS еще год назад, но новый анализ покрывает площадь более чем в два раза больше и, следовательно, обеспечивает гораздо более точное измерение. Новый набор данных также включает в себя первые измерения ближних галактик. Делая измерения по двум разным расстояниям, ученые смогут увидеть, как изменилось расширение Вселенной во времени, что поможет им понять, почему этот процесс ускоряется.