Астрономы создали подробную карту распределения массы в области неба COSMOS-Web. Она демонстрирует расположение гипотетической темной материи, которая, по оценкам, составляет около 85% всей материи во Вселенной и играет ключевую роль в формировании галактик и крупных космических структур. Благодаря этому исследованию ученые смогли визуализировать «каркас» космической паутины и проиллюстрировать, как темная и обычная материя влияют на структуру Вселенной.
Невидимая напрямую с помощью оптических и инфракрасных телескопов темная материя играет ключевую роль в структуре Вселенной. Без её воздействия формирование звезд и галактик проходило бы значительно медленнее, что могло бы поставить под вопрос существование наблюдаемой нами Вселенной. Поскольку эта гипотетическая форма вещества не испускает и не поглощает свет, ученые делают вывод о её наличии, анализируя гравитационное воздействие на видимую материю и на свет, исходящий от удаленных галактик.
Для проведения подобных исследований гравитационное линзирование является одним из наиболее эффективных способов, поскольку массивные объекты оказывают незначительное влияние на форму расположенных за ними тел. Ранее созданные карты либо демонстрировали широкое покрытие неба с недостаточной детализацией, либо обладали высоким разрешением, но ограничивались очень небольшими областями.
Авторы новой научной работы, представленной в журнале Nature Astronomy, команда во главе с Дианой Сконьямильо из Лаборатории реактивного движения NASA проанализировала данные, полученные в рамках программы COSMOS-Web. Эти данные были получены с использованием инфракрасной камеры NIRCam, которая установлена на космическом телескопе «Джеймс Уэбб».
Изучив изображения, полученные в двух инфракрасных диапазонах, астрономы определили формы свыше 179 тысяч удаленных галактик. Высокое качество снимков позволило ученым добиться беспрецедентной детализации: плотность измерений составила около 129 галактик на квадратную угловую минуту, что более чем в два раза превышает показатели предыдущих карт, созданных на основе данных, полученных телескопом «Хаббл».
Полученные данные послужили основой для создания карты распределения массы на исследованном участке неба. Данный метод позволил выявить не только крупные скопления галактик, но и протяженные нити темной материи, известные как филаменты, которые связывают скопления в единую космическую структуру, а также области с меньшей плотностью вещества. Помимо этого, карта отображает конфигурации на значительных космологических масштабах, возникшие в ранние эпохи развития Вселенной.
Сопоставление новой карты с предыдущими данными, включая рентгеновские наблюдения, выявило, что плотные скопления вещества в основном совпадают с известными скоплениями галактик. Заметный интерес вызывают структуры, которые практически не обнаруживаются в видимом свете или при рентгеновском исследовании. Это свидетельствует о наличии «скрытых» или слабосветящихся областей, где преобладает темная материя.
Авторы исследования считают, что полученная карта может служить важным ориентиром для оценки космологических моделей и характеристик темной материи. В будущем дополнительные наблюдения помогут выяснить, как окружающая среда воздействует на развитие галактик, и отследить формирование космических структур с невиданной ранее детализацией. В случае подтверждения выводов ученых, орбитальный телескоп «Джеймс Уэбб» не только предоставил возможность увидеть ранние этапы формирования Вселенной, но и дал возможность определить массу ее невидимой составляющей.