Международная группа получила прямое изображение «космической паутины» в высоком разрешении

Моделирование обширной области Вселенной на основе текущей космологической модели, выполненное с использованием суперкомпьютеров. На изображении слабое свечение газа внутри космических нитей, образующих плотную космическую паутину, показано белым цветом. На пересечениях этих нитей газ внутри галактик, который подпитывает образование новых звезд, выделен красным цветом. Автор: Alejandro Benitez-Llambay/Universität Mailand-Bicocca/MPA

Материя в межгалактическом пространстве распределена в обширной сети взаимосвязанных нитевидных структур, которые в совокупности называются космической паутиной. С помощью сотен часов наблюдений международная группа исследователей получила беспрецедентное изображение высокой четкости космической нити внутри этой паутины, соединяющей две активно формирующиеся галактики, датируемое временем, когда Вселенной было около 2 миллиардов лет.

Столпом современной космологии является существование темной материи, которая составляет около 85% всей материи во Вселенной. Под действием гравитации темная материя образует сложную космическую сеть, состоящую из нитей, на пересечениях которых возникают самые яркие галактики. Эта космическая сеть действует как леса, на которых строятся все видимые структуры во Вселенной: внутри нитей потоки газа подпитывают звездообразование в галактиках. Прямые наблюдения за запасами топлива таких галактик продвинут наше понимание формирования и эволюции галактик.

Однако изучение газа в этой космической паутине невероятно сложно. Межгалактический газ был обнаружен в основном косвенно, через поглощение им света от ярких фоновых источников. Но наблюдаемые результаты не проливают свет на распределение этого газа. Даже самый распространенный элемент, водород, испускает лишь слабое свечение, что делает практически невозможным для инструментов предыдущего поколения прямое наблюдение такого газа.

В этом новом исследовании международная группа под руководством исследователей из Миланского университета Бикокка, а также ученых из Института астрофизики Общества Макса Планка (MPA), получила беспрецедентное изображение высокой четкости космической нити с помощью MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer), инновационного спектрографа, установленного на Очень большом телескопе в Европейской южной обсерватории в Чили.

Даже с учетом расширенных возможностей этого сложного прибора исследовательской группе пришлось провести одну из самых амбициозных кампаний по наблюдению MUSE, когда-либо проводившихся в одном регионе неба, собирая данные в течение сотен часов, чтобы обнаружить волокно с высокой степенью значимости.

На изображении показан диффузный газ (от желтого до фиолетового), содержащийся в космической нити, соединяющей две галактики (желтые звезды), простирающейся на огромное расстояние в 3 миллиона световых лет. Автор: Davide Tornotti/University of Milano-Bicocca

Исследование, проведенное под руководством Давиде Торнотти, аспиранта Миланского университета Бикокка, использовало эти сверхчувствительные данные для создания самого четкого из когда-либо полученных изображений космической нити, охватывающей 3 миллиона световых лет и соединяющей две галактики, в каждой из которых находится активная сверхмассивная черная дыра.

Открытие, недавно опубликованное в журнале Nature Astronomy, открывает новые возможности для непосредственного ограничения свойств газа внутри межгалактических волокон и для уточнения наших знаний о формировании и эволюции галактик.

«Уловив слабый свет, испускаемый этой нитью, которая путешествовала чуть менее 12 миллиардов лет, чтобы достичь Земли, мы смогли точно охарактеризовать ее форму, — объясняет Торнотти. — Впервые мы смогли проследить границу между газом, находящимся в галактиках, и материалом, содержащимся в космической паутине, с помощью прямых измерений».

Исследователи воспользовались результатами суперкомпьютерного моделирования Вселенной, запущенного в MPA, чтобы рассчитать прогнозы ожидаемого нитевидного излучения с учетом текущей космологической модели. «При сравнении с новым изображением космической паутины высокой четкости мы обнаруживаем существенное согласие между текущей теорией и наблюдениями», — добавляет Торнотти.

Это открытие и обнадеживающее согласие с результатами моделирования на суперкомпьютере являются ключом к пониманию разреженной газовой среды вокруг галактик и открывают новые возможности для определения запасов топлива в галактиках.

Фабрицио Арригони Баттайя, научный сотрудник MPA, участвовавший в исследовании, заключает: «Мы в восторге от этого прямого наблюдения космической нити с высокой четкостью. Но, как говорят в Баварии: „Eine ist keine“ — одна не в счет. Поэтому мы собираем дополнительные данные, чтобы обнаружить больше подобных структур, с конечной целью получить всестороннее представление о том, как газ распределяется и течет в космической паутине».

Больше информации: Davide Tornotti et al, High-definition imaging of a filamentary connection between a close quasar pair at z = 3, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-024-02463-w. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2406.17035

Источник: Max Planck Institute for Astrophysics