Вчені вже робили знімки фрагментів космічної павутини, але раніше її вдавалося розгледіти лише в світлі яскравих галактик, а тепер — саму по собі, в темних глибинах космосу.
За даними інструменту KCWI обсерваторії Кека вчені побудували тривимірну карту ниток газоподібного водню в “космічній павутині” / © Caltech / R. Hurt
Коли в молодому Всесвіті утворювалися перші зірки і галактики, простір між ними не ставав зовсім порожнім. Матерія, яка залишилася між об’єктами під дією сил гравітаційного тяжіння витягувалася переплітаються «нитками». 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 вчені 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 більше 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 зловити випромінювання далекого і до того ж тьмяного водню в нитках «павутини», 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 спектру, 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 якого йшло до нас від 10 до 12 мільярдів років. І за зміщенням вони змогли побудувати тривимірну карту “космічної павутини” в цій області.
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 підсвіченої 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 «вичитали» один з іншого — залишалося лише випромінювання ниток.
За такими деталізованими знімками космічної павутини астрономи зможуть зібрати відсутні дані про формування та еволюцію галактик. Також можна буде побудувати карти розташування темної матерії — «невидимої» субстанції, яка, за розрахунками, повинна становити приблизно 85% всієї речовини у Всесвіті.