CHIME измерил космический водород без карт галактик

Международная группа учёных усовершенствовала способ измерения излучения нейтрального водорода во Вселенной на эксперименте CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment). Новый подход больше не требует сопоставления данных с картами галактик, что раньше было обязательным и очень дорогим.

В чём была проблема

Вселенная расширяется как медленно надуваемый шар: галактики не движутся сквозь пространство, растягивается само пространство. Известно также, что расширение ускоряется, и причиной считают тёмную энергию. Но как она поведёт себя со временем, неизвестно.

CHIME измеряет накопленное излучение водорода из разных точек и с разных расстояний. Сильный сигнал означает много галактик, слабый — мало. Однако установка улавливает и земные помехи, и фоновый шум Млечного Пути. Чтобы убедиться, что сигнал действительно связан с галактиками, его приходилось сверять с картами других телескопов. Авторы двух недавно опубликованных работ изменили программное обеспечение так, что водород стало возможно измерять напрямую.

Почему именно водород

Примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва материя остыла настолько, что волны давления в первичном газе «замерли». Они оставили отпечаток размером 500 миллионов световых лет, в котором вероятнее встретить скопления вещества. Его кажущийся размер меняется с расстоянием, поэтому наблюдение за ним позволяет восстановить историю расширения. Поскольку такая материя содержит много водорода, лучше всего измерять именно его.

Учёные использовали данные 94 ночей наблюдений 2019 года. Результаты согласуются с предсказаниями стандартной космологической модели, значит, метод работает. Но для анализа эволюции тёмной энергии 94 ночей недостаточно.

Что дальше

Теперь команда хочет обработать семь лет наблюдений CHIME. Учёные рассматривают три сценария: вечное расширение; «большой разрыв» (big rip), при котором усиливающаяся тёмная энергия разорвёт сначала скопления галактик, затем галактики, звёзды, планеты и атомы; и «большое сжатие» (big crunch), при котором тёмная энергия ослабнет, а Вселенная схлопнется. Какой из них реализуется, пока неизвестно, но работоспособность нового метода подтверждена.