# «Мы видим лишь 4%»: как Dark Energy Survey ищет скрытую массу космоса

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=8sUfiP9AUSo
Канал: Fermilab
Опубликовано: 06.06.2016

---

Джош Фриман возглавляет проект Dark Energy Survey и работает старшим научным сотрудником в Fermilab. В своей лекции он утверждает: только 4% Вселенной состоит из обычной материи, а остальные 96% приходятся на невидимые субстанции — тёмную материю и тёмную энергию [03:01].

## 🌌 Масштабы и возраст видимой Вселенной
[[JUMP:04:02]]

Вселенная существует **13,8 млрд лет** [04:44]. Учёные определили этот возраст по древнейшим звёздам, таким как шаровое скопление Омега Центавра, и по реликтовому излучению [04:59]. Расстояние до самых далёких наблюдаемых объектов составляет около 30 млрд световых лет [06:07]. 

Космос содержит миллиарды галактик. Ближайшие соседи Млечного Пути — Большое и Малое Магеллановы Облака — видны невооружённым глазом в Южном полушарии [07:02]. Типичная галактика имеет диаметр около 60 000 световых лет и совершает полный оборот за 200 млн лет [07:43]. Галактики объединяются в пары, группы и гигантские скопления [09:20].

## 🕵️ Открытие тёмной материи
[[JUMP:10:29]]

Фриц Цвикки обнаружил первые признаки скрытой массы в 1930-х годах при изучении скопления Кома [10:43]. Он заметил, что галактики движутся со скоростью 1000 км/с. Этой скорости достаточно, чтобы покинуть скопление, но гравитация удерживает их вместе [11:33]. Цвикки предположил: скопления заполнены **тёмной материей**, которая не излучает свет, но обладает огромной массой [12:13].

В 1970-х годах Вера Рубин подтвердила эти выводы на примере отдельных галактик [15:18]. Она измерила скорость вращения звёзд в галактике M33. Ожидалось, что на окраинах скорость падает, но график остался плоским [16:37]. Это доказало: видимые звёзды — лишь малая часть массы, погружённая в массивное гало тёмной материи [17:16].

Современные исследования используют гравитационное линзирование для поиска этой массы [13:05]. Массивные объекты искривляют пространство-время, превращая изображения фоновых галактик в дуги или кольца [14:11]. Анализ этих искажений позволяет строить карты распределения материи, которую невозможно увидеть напрямую [15:03].

## 🧪 Природа тёмной материи и её поиск
[[JUMP:20:09]]

Тёмная материя не состоит из атомов, протонов или нейтронов [21:15]. Основной кандидат на роль её частиц — **WIMP** (слабовзаимодействующие массивные частицы) [21:43]. Их масса может в 10–100 раз превышать массу протона. Учёные ищут их тремя способами:

*   Детекторы глубоко под землёй фиксируют редкие столкновения WIMP с ядрами обычных атомов [22:08].
*   Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРНе пытается искусственно создать такие частицы при столкновении протонов [23:27].
*   Космический гамма-телескоп Fermi ищет следы аннигиляции частиц тёмной материи в центрах галактик [24:34].

## 🎈 Расширение Вселенной и тёмная энергия
[[JUMP:25:13]]

Эдвин Хаббл доказал в 1920-х годах, что Вселенная расширяется [25:52]. Галактика на расстоянии 100 млн световых лет удаляется от нас со скоростью 2000 км/с [29:00]. В прошлом Вселенная была горячее и плотнее. Реликтовое излучение (микроволновый фон) — это «снимок» космоса в возрасте 380 000 лет [33:56].

В 1990-х годах две группы астрономов изучали сверхновые типа 1a [35:43]. Эти объекты служат «стандартными свечами», так как имеют одинаковую светимость при взрыве [38:52]. Наблюдения показали: далёкие сверхновые на 25% тусклее, чем предсказывала модель замедляющегося расширения [39:45]. Вселенная расширяется с ускорением.

Причиной ускорения считают **тёмную энергию** — субстанцию с антигравитационными свойствами [42:13]. Она составляет 70% плотности Вселенной. По одной из гипотез, это энергия самого вакуума [47:34]. Согласно квантовой механике, пустое пространство обладает энергией из-за принципа неопределенности Гейзенберга [48:01].

## 📷 Проект Dark Energy Survey (DES)
[[JUMP:50:28]]

Для изучения тёмной энергии международная коллаборация построила камеру DECam разрешением **570 мегапикселей** [55:07]. Её установили на 4-метровый телескоп Бланко в Чили [54:17]. Камера охлаждается до низких температур для минимизации шумов при съёмке крайне тусклых объектов [56:14].

Проект DES решает четыре задачи:

1. Подсчёт количества скоплений галактик в разные эпохи [52:13].
2. Измерение слабого гравитационного линзирования 200 млн галактик [53:49].
3. Картирование крупномасштабной структуры («космической паутины») [52:25].
4. Поиск и измерение тысяч новых сверхновых [52:39].

За первые сезоны работы учёные DES обнаружили 17 новых карликовых галактик-спутников Млечного Пути [107:43]. Эти системы содержат очень мало звёзд, но богаты тёмной материей, что делает их идеальными лабораториями для поиска сигналов аннигиляции WIMP [107:56].

## 🔭 Дополнительные открытия и прогнозы
[[JUMP:108:38]]

Данные DES помогают изучать Солнечную систему. Учёные отслеживают транснептуновые объекты — ледяные тела за орбитой Нептуна [110:00]. Область поиска DES совпадает с предполагаемой орбитой **Девятой планеты**, чьё существование предсказали по возмущениям орбит мелких тел [112:29].

Коллаборация также ищет оптические сигналы от событий, зафиксированных детектором гравитационных волн LIGO [113:48]. При слиянии нейтронных звёзд должен возникать видимый свет, который DECam может зафиксировать [115:06].

Будущее Вселенной зависит от свойств тёмной энергии. Если это неизменная плотность вакуума, то через 100 млрд лет все галактики за пределами Местной группы уйдут за горизонт событий [130:48]. Мы перестанем видеть расширение космоса. В альтернативном сценарии («Большой разрыв») плотность тёмной энергии растёт, что со временем приведет к распаду атомов и уничтожению самой материи [144:01].