Ogromna, w większości niewidoczna siatka filamentów, która rozciąga się i łączy Wszechświat, została w końcu dostrzeżona.

W mrocznych zakamarkach międzygalaktycznej przestrzeni, astronomowie bezpośrednio wykryli słaby blask filamentów, które rozciągają się przez otchłań. Wcześniej, nasze jedynne obserwacje tej rozległej siatki były możliwe tylko wokół takich obiektów jak kwazary – najjaśniejsze światła we Wszechświecie. Teraz zobaczyliśmy je także w ciemnych częściach wszechświata, gdzie tak naprawdę kryje się większość tej sieci.

„Przed tym najnowszym odkryciem, widzieliśmy struktury filamentów tak jakby tylko w bezpośredniej okolicy latarni ulicznej, teraz możemy je widzieć bez lampy.”

mówi astrofizyk Christopher Martin z Caltech.

Chociaż obiekty we Wszechświecie oddalone są od siebie na ogromne odległości, to nie są to, jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka, izolowane wyspy. Obecne modele Wszechświata sugerują, że istnieje rozległa kosmiczna sieć ciemnej materii, a jej nici rozciągają się przez cały wszechświat, łącząc galaktykę z galaktyką i gromadę z gromadą.

Książka

Pierwsza książka Astrofazy!

Książka o tym jak skończy się świat i ludzkość.

Modele sugerują, że wodór pochodzący jeszcze z okresu wielkiego wybuchu układa się i przepływa wzdłuż tych filamentów, które skondensowały się pod wpływem grawitacji we wczesnych etapach istnienia Wszechświata. Uważa się, że ten wodór zasila rosnące galaktyki, dostarczając im świeżego materiału do tworzenia jaśniejących gwiazd. Jednym słowem mielibyśmy mieć tu do czynienia z, w pewnym sensie, kosmiczną siecią transportową.

filament-locations Wąskopasmowe obrazy pokazujące lokalizacje wykrycia filamentów. (Martin i in., Nat. Astron., 2023)

W Wszechświecie pełnym jasnych obiektów, słaby blask zimnego, rozproszonego wodoru nie jest łatwy do zauważenia. Jednak jego odnalezienie stanowi ważny cel w astronomii i kosmologii.

Może na przykład dostarczyć nam informacji o tym, jak Wszechświat nadal się rozwija i rośnie, jak również gdzie mogą się kryć niewidoczna ciemna materia i brakująca zwykła materia: szacuje się, że około 60 procent wodoru utworzonego w Wielkim Wybuchu znajduje się właśnie w kosmicznej sieci.

„Kosmiczna sieć ukazuje nam architekturę naszego Wszechświata. To tam znajduje się większość zwykłej, czyli barionowej, materii w naszej galaktyce i bezpośrednio wskazuje na lokalizację ciemnej materii.”

mówi Martin.

A więc, aby odnaleźć te części kosmicznej sieci, które są najtrudniejsze do znalezienia, Martin i jego współpracownicy zaprojektowali dedykowany instrument do poszukiwania słabego promieniowania w zakresie Lyman alfa – to spektralny odcisk palca wodoru, gdy pochłania i ponownie emituje fotony. Obserwacje prowadzone były w Obserwatorium Keck Cosmic Web Imager (KCWI) znajdującym się w Obserwatorium W. M. Kecka na Mauna Kea na Hawajach.

Patronite

Patronite

Zostań Patronem Astrofazy! Pomóż rozwijać projekt i zyskaj dostęp do bonusowych treści!

Tego typu obserwacje są skomplikowane, ponieważ wszechświat jest pełen różnych rodzajów światła, w tym blasku Układu Słonecznego i blasku galaktyki. Obserwacje prowadzone z Ziemi stają się jeszcze bardziej skomplikowane przez światło atmosferyczne, które również wpływa na ostateczny wynik. Dlatego Martin zaprojektował sposób na odjęcie tego światła z obserwacji KCWI.

Patrzymy na dwa różne fragmenty nieba, A i B. Struktury filamentów będą znajdować się w różnych odległościach w obu kierunkach na tych fragmentach, więc biorąc światło tła z obrazu B i odejmując je od A, i na odwrót, pozostawiamy tylko światło pochodzące bezpośrednio z obserwowanych struktur. Zespół Martina przeprowadził szczegółowe symulacje tego rozwiązania w 2019 roku, żeby przekonać się czy ta metoda zadziała.

cosmic-web-dark Efekt 3D obrazowania filamentów. (Martin i in., Nat. Astron., 2023)

Następnie badacze zbadali fragmenty nieba, szukając koncentracji promieniowania w tej charakterystycznej linii Lyman alfa. Ponieważ Wszechświat się rozszerza, długość fali światła na większych odległościach przesuwa się w kierunku czerwonej części widma; więc im czerwieńsza emisja, tym bardziej odległe światło. Pozwoliło to zespołowi na stworzenie mapy emisji w trzech wymiarach – światła, które pokonało między 10 a 12 miliardów lat, żeby dotrzeć do nas.

Obraz ten reprezentuje okres w historii Wszechświata, kiedy wszystko było jeszcze we wczesnych etapach formowania się, po Wielkim Wybuchu 13,8 miliarda lat temu. Wynikiem jest pierwsze spojrzenie na złożoną kosmiczną sieć w najciemniejszych zakątkach Wszechświata. To, jak mówią badacze, oferuje nowy sposób na śledzenie kosmicznej sieci, lokalizowanie materii Wszechświata i zrozumienie, jak wszystko się ze sobą połączyło i w jaki sposób wpływa na wszechświat obecnie.

Badania zostały opublikowane w Nature Astronomy.