Впервые получено прямое изображение космической паутины: учёные увидели скрытые магистрали Вселенной

Изображение космической нити, наблюдаемой в проекте MUDF, наложенное на суперкомпьютерную симуляцию, показывающую крупномасштабное распределение газа во Вселенной. Потоки газа внутри космической паутины, питающие формирование галактик в местах пересечения нитей, показаны фиолетовым цветом. Credit: Davide Tornotti/University of Milano-Bicocca/MPA

Ученые получили самое четкое изображение фрагмента космической паутины — огромной скрытой сети материи, пронизывающей Вселенную и соединяющей галактики. Потратив сотни часов на сбор наблюдений, международная команда запечатлела детальное изображение массивной космической нити, связывающей две активно формирующиеся галактики из эпохи, когда возраст Вселенной составлял всего около 2 миллиардов лет.

Это открытие дает редкую возможность напрямую взглянуть на одну из крупнейших известных структур и может помочь исследователям лучше понять, как галактики растут и эволюционируют в космических масштабах времени.

Современная космология предполагает, что темная материя составляет примерно 85% всей материи во Вселенной. Хотя она невидима, считается, что темная материя формирует гигантский каркас, похожий на паутину, состоящий из длинных нитей. В точках пересечения этих нитей образуются и ярко сияют галактики.

Ученые полагают, что эти нити также действуют как межгалактические магистрали, направляя газ в галактики и подпитывая рождение новых звезд. Понимание того, как этот газ движется по космической паутине, считается ключом к пониманию развития галактик.

Однако обнаружить этот газ было чрезвычайно сложно. Большую часть межгалактического газа наблюдали лишь косвенно, измеряя, как он поглощает свет от ярких объектов, находящихся позади него. Водород, самый распространенный элемент в космосе, излучает лишь очень слабое свечение, что делало прямые наблюдения практически невозможными для старых инструментов.

Новые наблюдения были проведены исследователями из Миланского университета Бикокка совместно с учеными из Института астрофизики Макса Планка (MPA). Команда использовала MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) — мощный инструмент, установленный на Очень Большом Телескопе Европейской южной обсерватории в Чили.

Даже с такими передовыми технологиями проект потребовал одной из самых масштабных наблюдательных кампаний MUSE, когда-либо проводившихся на одном участке неба. Исследователи собирали данные в течение сотен часов, чтобы зафиксировать слабую нить достаточно четко для детального анализа.

Исследование под руководством Давиде Торнотти, аспиранта Миланского университета Бикокка, дало самое резкое изображение космической нити, протяженностью примерно 3 миллиона световых лет. Структура соединяет две галактики, каждая из которых содержит активную сверхмассивную черную дыру.

Результаты были опубликованы в журнале Nature Astronomy и предоставляют новый способ изучения физических свойств газа внутри межгалактических нитей.

«Запечатлев слабый свет, излучаемый этой нитью, который путешествовал почти 12 миллиардов лет, чтобы достичь Земли, мы смогли точно охарактеризовать ее форму, — объясняет Давиде Торнотти. — Впервые мы смогли проследить границу между газом, находящимся в галактиках, и материалом, содержащимся в космической паутине, с помощью прямых измерений».

Чтобы лучше интерпретировать наблюдения, исследователи сравнили данные с суперкомпьютерными симуляциями Вселенной, созданными в MPA. Эти симуляции предсказывали, как должны выглядеть подобные нитевидные структуры в рамках текущих космологических моделей.

«При сравнении с новым изображением космической паутины высокого разрешения мы обнаружили существенное согласие между современной теорией и наблюдениями», — добавляет Торнотти.

Успешное совпадение наблюдений и симуляций дает ученым большую уверенность в понимании того, как газ распределяется вокруг галактик и как галактики получают материал, необходимый для продолжения звездообразования.

Теперь исследователи надеются идентифицировать еще больше таких слабых структур, чтобы составить более полную картину того, как материя течет по космической паутине.

«Мы в восторге от этого прямого наблюдения космической нити с высоким разрешением. 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», — заключает Фабрицио Арригони Баттайя, научный сотрудник MPA, участвовавший в исследовании.