Галактики раскрыли скрытые карты тёмной материи в ранней Вселенной

Исследователи сосредоточились на данных, полученных из области неба, известной как Cosmic Evolution Survey Deep Field (COSMOS), в одном из крупнейших обзоров глубокого неба. Автор: ESA/Webb, NASA & CSA, G. Gozaliasl, A. Koekemoer, M. Franco, and the COSMOS-Web team

Учёные под руководством специалистов из Университета Рутгерса обнаружили доказательства того, как галактики расширяются, отслеживая невидимую структуру Вселенной, созданную загадочным веществом, известным как тёмная материя.

В исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal Letters, использовались крупнейшие в истории выборки специальных галактик, называемых излучателями Лайман-альфа. Это позволило изучить, как галактики сгруппировались за миллиарды лет, и лучше понять их связь с окружающей тёмной материей и их эволюцию во времени.

«Анализ этих отпечатков даёт нам представление о массе тёмной материи, окружающей галактики», — сказал Эрик Гавизер, профессор кафедры физики и астрономии в Школе искусств и наук Рутгерса. «Массы тёмной материи, выявленные в этом исследовании, согласуются с идеей, что галактики, излучающие Лайман-альфа, эволюционировали в современные галактики, подобные нашему Млечному Пути».

Анализ, оценивавший широкоугольные изображения трёх различных эпох истории Вселенной вскоре после Большого взрыва, выявил характерные паттерны, похожие на космические отпечатки пальцев. Эти паттерны указывают на области наибольшей концентрации тёмной материи.

Тёмная материя — загадочное вещество, которое не испускает свет или энергию, но, по мнению учёных, составляет большую часть материи во Вселенной. О её существовании известно благодаря гравитационному воздействию на движение галактик и их расположение в пространстве.

Исследование под руководством аспиранта Рутгерса Даниса Эрреры использовало данные обзора ODIN, крупного астрономического проекта, предназначенного для анализа более 100 000 галактик, излучающих Лайман-альфа.

Учёные рассматривали три временных периода: примерно 2,8 миллиарда, 2,1 миллиарда и 1,4 миллиарда лет после Большого взрыва. В эти периоды галактики-излучатели Лайман-альфа были молоды и активно формировали звёзды, что делало их идеальными маркерами для изучения.

«Мы хотели найти тёмную материю, чья гравитация заставляет галактики сливаться и расти», — сказал Эррера. «Понимание того, где она находится и как эволюционировала, помогает нам понять, как эволюционировала сама Вселенная».

Тёмная материя играет решающую роль в формировании галактик, действуя как гравитационный «клей», который помогает собирать газ для образования галактик. Её невидимая масса создаёт глубокие «колодцы» в пространстве, где галактики могут расти, сливаться и эволюционировать, формируя крупномасштабную структуру Вселенной.

«Мы использовали сгруппированность этих галактик, чтобы определить, где тёмная материя была наиболее плотной», — сказал Гавизер. «Визуализация этого с помощью контурной карты, подобно тому, как карта для пеших прогулок показывает высоты, позволяет нам наблюдать «отпечатки пальцев» тёмной материи в далёкой Вселенной».

Один результат выделялся особо: от 3% до 7% плотных регионов тёмной материи, способных содержать галактики, содержат галактики, излучающие Лайман-альфа. Это означает, что такие галактики представляют собой небольшой процент от общего числа, формирующегося в областях с наибольшей плотностью тёмной материи. Низкий процент указывает на то, что галактики наблюдались в течение короткоживущей фазы, светясь в линии Лайман-альфа десятки или сотни миллионов лет.

Для получения этих результатов исследователи использовали метод кластеризации, измеряющий, насколько галактики сгруппированы по сравнению со случайным распределением. Они рассчитали угловую корреляционную функцию — метод подсчёта пар галактик.

Это исследование не только углубляет понимание эволюции галактик, но и помогает учёным уточнить модели структуры Вселенной. По мере продолжения обзора ODIN будущие исследования расширятся на большее количество галактик, предлагая более полное представление о космической паутине.

«Хотя тёмная материя невидима для наших телескопов, она формирует Вселенную через взаимодействия с видимой материей», — сказал Гавизер. «Пока одни пытаются понять, что это такое, другие, как эта исследовательская группа, пытаются понять, где она находится и что это означает для эволюции Вселенной».

Больше информации: Danisbel Herrera et al, ODIN: Clustering Analysis of 14,000 Lyα-emitting Galaxies at z = 2.4, 3.1, and 4.5, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/adec82

Источник: Rutgers University