Ни для кого не секрет, что во Вселенной содержится огромное множество галактик. Исследуя ночное небо посредством телескопа, невозможно найти участок, в котором не были бы видны эти астрономические объекты. Разумеется, что галактики, которые видны в наземные телескопы, далеко не все, что существуют во Вселенной. Дабы убедиться в разнообразии галактик, существующих во Вселенной, достаточно взглянуть на снимок, сделанный космическим телескопом «Хаббл».
На представленном изображении запечатлено очень много галактик, различных форм и размеров, однако глядя на них, крайне сложно сказать, какие из них действительно огромны. Какие-то галактики расположены ближе к Млечному Пути, поэтому кажутся больше, нежели другие.
Астрономы используют свои способы измерения расстояния до галактики, которые дают им возможность распутать эту головоломку. Один из самых популярных методов, который в большинстве случает является единственно допустимым, предусматривает анализ электромагнитного спектра волн видимого излучения. Этот метод просто незаменим для анализа чрезвычайно удалённых от Земли галактик.
Так как Вселенная расширяется, чрезвычайно далекие галактики становятся ещё дальше. Из-за этого, спектр галактики смещается в сторону его красной части. Этот сдвиг спектральных линий астрономы называют красным смещением.
Красное смещение – это проявление эффекта Доплера – чем быстрее движение, чем больше сдвиг частоты. Таким образом, чем больше красное смещение, тем больше расстояние до наблюдаемой галактики.
Точное соотношение между красным смещением и расстоянием следует из космологической модели Вселенной. Таким образом, если астрономы смогут измерить расстояние каким-то другим способом, а затем сравнить вычисленное расстояние с красным смещение, то они смогут измерить свойства нашей Вселенной, такие, например, как количество темной энергии и темной материи.
Однако не всё так просто, как может показаться на первый взгляд. Если галактика пересекает верхнюю границу глобального расширения Вселенной, то её движение, посредством эффекта Доплера, вносит коррективы в наблюдаемое красное смещение. Это происходит потому, что галактики движутся подобно пчёлам внутри роя. Вклад этого локального движения не настолько велик, если сравнивать с движением, которое следует из расширения Вселенной. Тем не менее, такое дополнительное красное смещение порой вносит помехи в процесс измерения расстояния. Эти помехи способны искажать оценку расстояния, и тем самым оценку реального размера наблюдаемой галактики.
Возникает, так называемое, Доплеровское линзирование – сочетание эффекта Доплера и «линзирования». Эффект неизбежно приводит к искажению выведенного размера, так как наблюдаемый объект видоизменяет свою форму и размеры, если смотреть через оптическую линзу.
Как же в таком случае определить истинные размеры галактики? Ведь, если учесть, что галактики движутся, и их движение приводит к искажению измерений, то получается замкнутый круг – какой-то хаос.
Однако именно этот «хаос» дает учёным представление о том, из чего состоит наша Вселенная. Астрономы находятся в ситуации, подобной той, в которой находились радисты во время Второй мировой волны, постоянно жалующиеся на «шум», возникающий из-за дождя или снега. Тогда это вызвало массу неудобств, сегодня же посредством примерно такого же «шума» метеорологи предсказывают погоду.
Точно также, если астрономы могли бы измерять очевидные размеры большинства галактик и корреляцию между ними, то они могли бы оценить и среднюю амплитуду «шума». Используя технические средства, в основу которых положен эффект доплеровского линзирования, они имеют возможность измерять свойства нашей галактики.
Благодаря Dark Energy Survey (DES) и вкладу австралийских OzDES, учёные могут измерять этот эффект. Гораздо больше информации будет поступать после завершения телескопа Square Kilometre Array, одна часть которого в настоящее время возводится в Западной Австралии, а вторая – в Южной Африке.
Сам метод был разработан относительно недавно группой астронавтов из Австралии, ЮАР, и Великобритании. Метод показывает, как путём корреляции искажений размеров галактики учёные могут узнать о свойствах нашей Вселенной, в частности, о количестве темной энергии и темной материи.
Презентация этого метода состоится на 8-й ежегодной конференции Theoretical Astrophysics (ANITA), организованной Sydney Institute for Astronomy (SIfA) в University of Sydney.
