Вчені отримали найчіткіший в історії погляд на фрагмент космічної павутини — колосальної прихованої мережі матерії, яка пронизує весь Всесвіт і з'єднує галактики між собою. Після сотень годин кропітких спостережень міжнародна група астрономів зафіксувала детальне зображення масивної космічної нитки (філамента), яка сполучає дві галактики у процесі їхнього активного формування. Ця структура походить з епохи, коли Всесвіту було лише близько 2 мільярдів років.
Це відкриття пропонує рідкісну можливість наочно дослідити одну з найбільших структур у космосі та допомагає науковцям глибше зрозуміти, як саме галактики зростають і еволюціонують протягом космічного часу.
Прихована структура Всесвіту
Сучасна космологія вказує на те, що приблизно $85\%$ усієї матерії у Всесвіті припадає на загадкову темну матерію. Попри свою невидимість, саме темна матерія формує гігантський каркас, схожий на павутину, що складається з довгих ниток. У точках перетину цих філаментів накопичується звичайна речовина, де згодом народжуються та яскраво спалахують галактики.
Вчені припускають, що ці нитки відіграють роль своєрідних міжгалактичних магістралей. Вони спрямовують потоки газу всередину галактик, постачаючи «паливо» для спалахів нового зореутворення. Розуміння того, як саме газ рухається через космічну павутину, є ключем до розгадки еволюції галактичних систем.
Однак виявити цей газ досі було надзвичайно складно. Більшу частину міжгалактичного газу фіксували лише опосередковано — за тим, як він поглинає світло від більш яскравих об'єктів, розташованих позаду нього. Водень, який є найпоширенішим елементом у космосі, випромінює надзвичайно слабке світіння, що робило його пряме спостереження за допомогою телескопів попередніх поколінь практично неможливим.
Сотні годин телескопічних спостережень
Нове дослідження провели фахівці з Міланського університету Бікокка спільно з науковцями з Інституту астрофізики Макса Планка (MPA). Команда використовувала інструмент MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) — надпотужний спектрограф, встановлений на Дуже великому телескопі (VLT) Європейської південної обсерваторії в Чилі.
Навіть із використанням таких передових технологій цей проєкт став однією з найамбітніших спостережних кампаній MUSE, коли-небудь проведених в одному регіоні неба. Дослідники накопичували дані протягом сотень годин, щоб чітко відокремити слабке світіння нитки від фонового шуму для подальшого детального аналізу.
Результатом роботи команди, яку очолив Давіде Торнотті, аспірант Міланського університету Бікокка, стало найчіткіше пряме зображення космічного філамента завдовжки близько 3 мільйонів світлових років. Ця колосальна структура безпосередньо з'єднує дві галактики, кожна з яких містить активну надмасивну чорну діру (квазар). Повні результати дослідження були опубліковані в журналі Nature Astronomy і відкрили новий етап у вивченні фізичних властивостей газу всередині міжгалактичних ниток.
Подорож крізь простір довжиною у 12 мільярдів років
«Впіймавши слабке світло, випромінене цією ниткою, яке подорожувало до Землі трохи менше ніж 12 мільярдів років, ми змогли точно схарактеризувати її форму», — пояснює Давіде Торнотті. — «Вперше нам вдалося за допомогою прямих вимірювань провести чітку межу між газом, що міститься всередині самих галактик, і речовиною, яка наповнює космічну павутину».
Щоб правильно інтерпретувати отримані дані, астрофізики порівняли результати спостережень із суперкомп'ютерними симуляціями Всесвіту, створеними в Інституті Макса Планка. Ці моделі прогнозували, який вигляд повинні мати подібні ниткоподібні структури відповідно до сучасних космологічних теорій.
«Під час порівняння з новим високочітким зображенням космічної павутини ми виявили істотну відповідність між чинною теорією та реальними спостереженнями», — додає Торнотті.
Нові зачіпки у вивченні формування галактик
Успішне зіставлення спостережних даних та комп'ютерних моделей дає вченим набагато більше впевненості у правильному розумінні того, як газ розподіляється навколо галактик і як саме космічні системи отримують будівельний матеріал, необхідний для народження нових зірок.
Тепер дослідники сподіваються знайти набагато більше таких слабких структур. Це дозволить побудувати масштабнішу та детальнішу карту того, як матерія циркулює глобальними магістралями Всесвіту.
Фабріціо Аррігоні Баттая, науковий співробітник Інституту астрофізики Макса Планка, який брав участь у дослідженні, підсумовує: «Ми в захваті від цього прямого спостереження космічної нитки у високій роздільній здатності. Але, як кажуть у Баварії: "Eine ist keine" — одна не рахується. Тому ми вже збираємо додаткові дані, щоб відкрити більше таких структур. Наша кінцева мета — отримати вичерпне бачення того, як розподіляється і рухається газ усередині космічної павутини».