Галактики выстроились в линейку: как измеряют расширение Вселенной экспресс
В ранней Вселенной, когда ей было всего несколько сотен тысяч лет, вещество ещё не собралось в звёзды и галактики, а представляло собой горячий бульон из частиц и света. В этом бульоне бежали звуковые волны — сгущения и разрежения, как круги на воде от брошенного камня. Через 380 тысяч лет Вселенная остыла настолько, что свет отделился от вещества, и волны «застыли»: на месте их гребней чуть чаще рождались галактики. Так в распределении галактик остался отпечаток — характерный масштаб, который астрономы называют барионными акустическими осцилляциями (БАО). Это как если бы на гигантском листе миллиарды точек-галактик выстроились в едва заметную линейку с делениями через каждые 490 миллионов световых лет.
Обычно эту линейку ищут, сравнивая попарно расстояния между галактиками: сколько пар находится на том или ином удалении друг от друга. Но пары можно соединять и в тройки — это называется трёхточечной корреляционной функцией. Она чувствительнее к форме структур: как если бы вы не просто считали расстояния между домами в городе, а анализировали, образуют ли тройки домов одинаковые треугольники. Учёные из коллаборации DESI впервые нашли след БАО в тройках галактик, используя данные о 2,1 миллиона красных светящихся галактик (это старые массивные галактики, которые хорошо видны на больших расстояниях).
В новой работе сигнал БАО в тройках галактик обнаружен с уверенностью 8,1 сигма (это очень надёжно, вероятность случайного совпадения ничтожна). Измеренное расстояние до галактик на красном смещении 0,68 (то есть когда Вселенная была примерно вдвое моложе, чем сейчас) составило 15,88 ± 0,27 в единицах «звукового горизонта» — того самого размера застывших волн. Это означает точность 1,7 процента. Результат отлично согласуется с прежними измерениями по парам галактик, что укрепляет доверие к методу.
Новый способ измерения расстояний во Вселенной — как добавление ещё одной линейки к уже имеющимся. Чем больше независимых линеек, тем точнее мы можем проверить, как расширяется Вселенная и не меняется ли тёмная энергия со временем. В будущем, когда DESI накопит ещё больше данных, трёхточечные корреляции позволят уточнить историю космоса с беспрецедентной точностью.
Звуковые волны в ранней Вселенной двигались со скоростью больше половины скорости света — около 60% от неё. Сегодня их отпечаток растянулся до 490 миллионов световых лет, что в пять тысяч раз больше диаметра нашей Галактики.
В романе «Контакт» Карла Сагана расшифровка сигнала из космоса начинается с обнаружения закономерностей в потоке данных — подобно тому, как астрономы ищут регулярные узоры в распределении галактик.