DigitalArtSpace

Барионная материя, которую мы можем наблюдать, составляет лишь приблизительно одну шестую от общего количества материи во Вселенной. Оставшуюся часть формирует тёмная материя, не взаимодействующая со светом, однако создающая гравитационную структуру, которая влияет на формирование галактик и их скоплений. Несмотря на свою значительную роль, тёмная материя не может быть обнаружена непосредственно, и её распределение исследуется лишь с помощью косвенных методов.

Среди прочих методов наиболее перспективным представляется слабое гравитационное линзирование – явление, при котором гравитация всей материи, находящейся на траектории света, вызывает искажение изображения далёких галактик. Эти искажения незначительны, поэтому для выявления слабого сигнала на фоне случайных вариаций необходимо усреднять данные по множеству объектов – десяткам или даже сотням. В рамках недавнего исследования астрономы применили данные, полученные с помощью камеры NIRCam космического телескопа «Джеймс Уэбб» в инфракрасном диапазоне, в ходе обзора COSMOS-Web, охватывающего область площадью 0,54 квадратного градуса.

Значения, характеризующие количество галактик в квадратной угловой минуте, были определены и проанализированы с применением метода многомасштабной фильтрации MRLens. Этот метод позволяет создать карту сходимости линзирования – параметра, который отражает проецируемую плотность массы.

Раньше создание подобных карт осуществлялось с использованием наземных телескопов и космического телескопа «Хаббл» (HST), но их функциональность была ограничена. Атмосфера Земли искажает изображения, получаемые с телескопов, расположенных на её поверхности, а «Хаббл» в среднем запечатлевал около 71 галактики на квадратную угловую минуту. Это приводило к неточным измерениям форм объектов, особенно на больших дистанциях. «Джеймс Уэбб» значительно улучшил эти результаты, приблизительно вдвое, обеспечив угловое разрешение карты масс, составляющее 1,0 ± 0,01 угловой минуты – это более чем в два раза лучше, чем у предшествующих карт, основанных на данных HST.

Высокая чувствительность телескопа имеет первостепенное значение при изучении объектов с большими красными смещениями. Оптимальная эффективность линзирования для JWST приходится на значение z = 0,38, для «Хаббла» – z = 0,34, а для наземного обзора HSC – z = 0,30. Медианное красное смещение галактик в исследованной выборке JWST составляет приблизительно 1,15. Чувствительность к структурам вдвое превышает показатели HST и на порядок выше, чем у наиболее передовых наземных обзоров. Благодаря этому появилась возможность впервые получить подробное представление о распределении массы на промежуточных и малых масштабах.

Исследование карты показало наличие разветвлённой системы протяжённых, малозаметных структур, связывающих крупные скопления галактик. Эти объекты рассматриваются как филаменты тёмной материи – нитевидные образования, составляющие «космическую паутину», что соответствует прогнозам стандартной космологической модели ΛCDM. Если предыдущие карты лишь косвенно указывали на их присутствие, то данные, полученные телескопом JWST, впервые представили их с высокой степенью детализации и надёжности. Подтверждением достоверности полученных данных служит тот факт, что все 15 ранее идентифицированных скоплений, обнаруженных по рентгеновскому излучению с помощью обсерваторий XMM-Newton и Chandra, были вновь найдены на новой карте с уровнем отношения сигнал/шум, превышающим 3, в то время как на карте «Хаббла» удалось достоверно идентифицировать только 8.

Учёные также выявили заметное соответствие между различными проявлениями космической структуры. Картограмма гравитационного линзирования, демонстрирующая общее распределение массы, совпадает с областями интенсивного рентгеновского излучения, исходящего от горячего газа, и с участками повышенной концентрации галактик. Это указывает на то, что тёмная и обычная материя распределены единообразно, образуя единую структуру Вселенной. Полученные данные в первый раз дают возможность отследить не только крупные центры этой структуры, но и тонкие, размытые нити, соединяющие их.

Высокая чувствительность телескопа позволила зафиксировать и более удалённые объекты. В частности, были обнаружены пики массы, коррелирующие с рентгеновскими источниками при z > 0,9. Полученная карта даёт возможность прослеживать распределение материи до z ≈ 2, а самая далёкая достоверно идентифицированная структура расположена примерно на z ≈ 1,1. Это даёт шанс исследовать окрестности галактик в эпоху «космического полудня» — период между 1 < z < 2, когда интенсивность звездообразования во Вселенной достигала своего пика.

Авторы отмечают, что разработанная карта задает новый критерий для оценки космологических моделей. Она предоставляет непосредственные ограничения на увеличение массы гало тёмной материи и формирование крупномасштабных структур, что, соответственно, влияет на условия, в которых возникали и изменялись галактики. В будущем подобные наблюдения позволят перейти к трехмерной томографии тёмной материи и установить связь между историей космической паутины и эволюцией отдельных галактик на протяжении миллиардов лет.

Похожие статьи

Новый алгоритм Дарвина-Гёделя учит искусственный интеллект самостоятельно программировать.

В США производят эффективные процессоры: тайванские чипы TSMC возвращаются на родину для завершения производства.

В продаже — новая Lada Granta с увеличенным дорожным просветом

Новые модели Kia могут появиться на российском рынке.

Недорогой аналог Toyota Camry с пробегом более 2000 км завоевал популярность

Рамный внедорожник BAW 212 T01 с мощным двигателем: «Китайский УАЗ» с комфортом.