Від самого початку вивчення Всесвіту, люди прагнули знайти відповіді на найскладніші запитання, як-от: що перебуває в глибинах космосу, звідки походить Всесвіт, з яких елементів він складається і як він набув такого вигляду. Ми хотіли знати, яка його доля.
Починаючи з 1920-х років, ми зібрали достатньо інформації, щоб зробити надійні висновки про природу і поведінку Всесвіту, еволюцію галактик і зірок. Ми навчилися вимірювати відстані до сусідніх об'єктів, і завдяки цьому виникла гіпотеза про червоне зміщення, згідно з якою Всесвіт розширюється.
Відтоді минуло вже ціле століття, і наш рівень точності у вимірюванні Всесвіту значно збільшився. У 2018 році колаборація "Планк" представила остаточні результати найточніших вимірювань температури на всьому небі, пов'язаних із коливаннями в космічному мікрохвильовому фоні. Це дало нам змогу дізнатися, з чого складається Всесвіт, як він розширювався в минулому, і яка в нього буде кінцева доля.
Коли ми спостерігаємо за Всесвітом на все більші відстані, ми, фактично, заглядаємо в минуле. Світлу потрібен певний час, щоб дістатися до нас, тому що далі об'єкт, то довше йому потрібно, щоб його світло досягло наших очей. Відстані між об'єктами збільшуються, і світло при цьому розтягується, переходячи на все довші хвилі.
Зі збільшенням об'єму щільність як випромінювання, так і матерії (включно зі звичайною і темною) зменшується. Це призводить до зміни швидкості розширення Всесвіту, яка залежить від загальної густини енергії.
Великі згустки матерії перебувають під впливом гравітаційного тяжіння і змінюють вигин фонового світла у своїй околиці. Коли ми спостерігаємо світло, що було випущене на великій відстані, воно несе на собі відбиток усіх гравітаційних ефектів, що сталися на його шляху до нас, включно з розширенням Всесвіту, гравітаційним лінзуванням і змінами гравітаційного потенціалу об'єктів, з якими воно зіткнулося.
Отже, світло, яке ми спостерігаємо, надає нам інформацію про події, що відбуваються у Всесвіті протягом усього часу свого існування..
На великих масштабах, наприклад, у кілька десятків мільйонів світлових років і більше, можна створювати моделі Всесвіту й отримувати відповідні прогнози.
При цьому можна розглядати темну матерію як рідину, що не стикається з іншими силами, гравітує, але не взаємодіє. Звичайну матерію можна описати як масивну, із взаємодією і зчепленням із фотонами.
Фотони можуть розглядатися як ванну випромінювання, яка створює тиск і розсіюється від баріонної матерії, а не від темної матерії. Також можна враховувати темну енергію і проводити моделювання з ранніх часів до наших днів. Варіантів моделювання - нескінченно багато.
Пропозиція про створення великого набору "імовірнісних каталогів" галактик на основі невеликих відмінностей у космологічних параметрах є ідеєю цього дослідження. Після створення каталогів, вони будуть оцінені на основі обраних спостережуваних критеріїв.
Це дасть змогу відповісти на "елементарні" питання, як-от: як галактики групуються разом, наскільки маса впливає на видиму форму галактик і що відбувається, коли ми зіставляємо джерела лінзування з реальним положенням галактик у каталозі. Уся робота ґрунтується на теорії, і включає моделювання, оцінку та визначення відповідності параметрам.
Астрофізика відрізняється від фізики тим, що вона є більшою мірою спостережною і дескриптивною наукою. Експерименти в астрофізиці можуть бути виконані тільки наскільки це дозволяють спостереження.
Оскільки спостереження не завжди можуть бути всеосяжними і бездоганними, необхідно враховувати більшу кількість ефектів при аналізі даних.
Основне питання: наскільки добре спостереження відповідають поданій дослідником картині. У цьому дослідженні буде проведено глибокий аналіз даних з метою уточнення нашого розуміння галактик і всесвіту загалом.
Спостереження обмежені роздільною здатністю, оскільки при занадто близькому розташуванні об'єктів на великій відстані вони будуть виглядати як одне джерело.
Також спостереження обмежені яскравістю, оскільки занадто слабкі об'єкти не буде видно, а також червоним зсувом, оскільки за занадто сильного червоного зсуву об'єкт більше не потрапляє в діапазон чутливості телескопа.
Існують також фактори, що збивають, наприклад, неможливо розрізнити, яка частина червоного зміщення зумовлена рухом галактики, а яка - розширенням Всесвіту. Це лише деякі з чинників, але ключ до об'єднання теорії та спостережень полягає в максимальному врахуванні всіх змінних і в порівнянні спостережуваних і аналізованих даних із теоретично отриманими або модельованими результатами.
Нарешті, 27 травня 2021 року колаборація Dark Energy Survey опублікувала серію статей, що складається з 26 публікацій, з докладним описом результатів найбільшого за весь час дослідження галактик.
У рамках цього дослідження було обстежено 5 000 квадратних градусів площі, що еквівалентно приблизно ⅛ частини видимого простору. Були отримані дані про приблизно 226 мільйонів галактик, з яких близько 100 мільйонів виявилися корисними для розуміння космічного зсуву. Залишилося ще чотири публікації попереду.
У результаті аналізу цих даних було встановлено обмеження для кількох важливих космологічних параметрів, що, можливо, є найбільш значущим результатом. До них належать:
- Загальна кількість матерії (включно з нормальною і темною) у Всесвіті.
- Рівняння стану темної енергії та його відповідність космологічній постійній.
- Швидкість розширення Всесвіту (чи є докази на користь більшої чи меншої швидкості).
- Інші параметри, які можуть суперечити параметрам, виведеним з інших спостережень, такі як розмір акустичної шкали або амплітуда кластеризації.
- Важливо, щоб усі зібрані докази вказували на одну загальну і самоузгоджену картину, якщо ми хочемо повністю розуміти, з чого складається Всесвіт і яка його доля.
Результати аналізу даних показали, що щільність матерії у Всесвіті становить від 31% до 37% від критичної щільності, що трохи відрізняється від значення, передбаченого "Планком" (~32%). Рівняння стану темної енергії дорівнює -0,98 (з дисперсією близько 20%), тоді як "Планк" пророкував значення -1,03, але космологічна постійна залишається такою, що дорівнює -1,00. Оптимальна швидкість розширення, оцінена під час дослідження, становить 68,1 км/с/Мпк, що трохи вище, ніж значення, передбачене "Планком" (67,4 км/с/Мпк).
Амплітуда кластеризації та амплітуда лінзування, які повинні збігатися, виявилися неузгодженими, що є сюрпризом.
Інакше кажучи, існує великий набір непотрібних даних з нескінченною кількістю ймовірних теорій, які не мають відношення до початково поставленого завдання. Результати дослідження також перебувають під сумнівом:
- Чи підтверджено природу і кількість темної матерії і темної енергії;
- Чи визначено швидкість розширення Всесвіту, якщо він дійсно розширюється;
- Амплітуда кластеризації виявилася трохи меншою, ніж було очікувано.
- Офіційно заявлено, що немає ознак "нової фізики". Однак усі ці дані потребують додаткового дослідження та перевірки за допомогою інших досліджень галактик. Ми зупинимося на цьому твердженні.
Іншими словами, навіть якщо результати спостережень є безумовними, вони все одно можуть бути суперечливими з доксою.
