Астрономи вперше побачили власне світло “космічної павутини”

Вчені вже робили знімки фрагментів космічного павутиння, але раніше його вдавалося розгледіти лише у світлі яскравих галактик, а тепер – саме по собі, в темних глибинах космосу.

Коли в молодому Всесвіті утворювалися перші зірки і галактики, простір між ними не ставав зовсім порожнім. Матерія, що залишилася між об’єктами, під дією сил гравітаційного тяжіння витягувалася “нитками”, що перепліталися. Сьогодні ця “космічна павутина” – основа структури Всесвіту. На жаль, вона настільки розріджена і тьмяна, що розгледіти її дуже важко.

У 2014 році астрономам вдалося зробити перший знімок “павутини”, освітленої випромінюванням далекого квазара. У 2019-му джерелом світла стали молоді галактики, в яких народжувалися яскраві нові зірки. Тепер учені з Каліфорнійського технологічного інституту (США) розробили інструмент і метод спостережень за “космічною павутиною” в темних глибинах космосу, далеко від “космічних ліхтарів”.

Моделі розвитку Всесвіту показують, що понад 60% водню, утвореного після Великого вибуху, залишилося в газоподібній формі в нитках “космічної павутини”. У спектрі одна з найяскравіших ліній водню – лінія Лайман-альфа. Саме її розгледіли автори нового дослідження, опублікованого в журналі Nature Astronomy.

Щоб спіймати випромінювання далекого і до того ж тьмяного водню в нитках “павутиння”, вчені розробили інструмент KCWI (Keck Cosmic Web Imager) для Обсерваторії Кека, розташованої на горі Мауна-Кеа на Гаваях. KCMI чутливий до “зелено-блакитної” частини видимого спектра, хвиль довжиною від 350 до 560 нанометрів.

“Зрізи” карти “космічної павутини”. Зауважте, що більшість галактик з’єднані нитками / © Nature Astronomy

Через розширення Всесвіту чим далі знаходиться від нас об’єкт, тим сильніше його світло – в даному випадку лінія Лайман-альфа – зміщується в червону сторону спектра. Тому за зміщенням ліній водню можна оцінити відстань.

За допомогою інструменту KCWI автори дослідження зробили серію двомірних знімків на різних довжинах хвилі вглиб ділянки космосу, світло від якої йшло до нас від 10 до 12 мільярдів років. І за зміщеннями вони змогли побудувати тривимірну карту “космічного павутиння” в цій ділянці.

Сам інструмент – не єдине важливе досягнення в рамках цього дослідження. Оскільки випромінювання ниток дуже тьмяне, його можна сплутати з фоновим випромінюванням від нашої атмосфери, від підсвіченого Сонцем міжпланетного пилу і навіть від Чумацького Шляху. Щоб виявити і прибрати цей шум, вчені зіставляли знімки з різних областей неба з нитками на різних відстанях від нас і “віднімали” один з одного – залишалося лише випромінювання ниток.

За такими деталізованими знімками космічного павутиння астрономи зможуть зібрати дані, яких бракує, про формування та еволюцію галактик. Також можна буде побудувати карти розташування темної матерії – “невидимої” субстанції, яка, за розрахунками, має становити приблизно 85% усієї речовини у Всесвіті.