Ранее ученые получали изображения отдельных участков космической паутины, но прежде они были видны только на фоне ярких галактик, тогда как теперь — удалось запечатлеть ее саму, в удаленных и темных областях космоса.
В эпоху формирования первых звезд и галактик в молодой Вселенной пространство между ними не оказалось полностью пустым. Материя, сохранившаяся в межгалактических областях, начала формировать переплетающиеся «нити» под воздействием гравитационного притяжения. Эта «космическая паутина» является ключевым элементом, определяющим структуру Вселенной. Однако из-за ее чрезвычайной разреженности и низкой светимости ее наблюдение представляет значительные трудности.
В 2014 году астрономы впервые получили изображение «паутины», подсвеченной излучением квазара, расположенного на большом расстоянии. В 2019 году в качестве источника света выступили молодые галактики, в которых активно формировались новые звезды. Сейчас исследователи из Калифорнийского технологического института (США) создали инструмент и методику для изучения «космической паутины» в темных областях космоса, удаленных от ярких небесных объектов».
Согласно моделям эволюции Вселенной, более 60% водорода, возникшего после Большого взрыва, сохранилось в газообразном состоянии, формируя нити «космической паутины». В спектре одна из самых выраженных линий принадлежит водороду — линия Лайман-альфа. Именно этот аспект привлек внимание авторов нового исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy.
Для регистрации слабого излучения водорода, исходящего из удаленных нитей космической структуры, ученые создали специальный прибор KCWI (Keck Cosmic Web Imager) для Обсерватории Кека, расположенной на горе Мауна-Кеа на Гавайях. KCMI чувствителен к «зелено-голубой» части видимого спектра, волнам длиной от 350 до 560 нанометров.
Чем дальше от нас расположен объект из-за расширения Вселенной, тем сильнее свет, в частности линия Лайман-альфа, подвергается красному смещению. Таким образом, по величине смещения линий водорода можно определить расстояние до объекта.
С помощью инструмента KCWI авторы исследования сделали серию двухмерных снимков на разных длинах волны вглубь участка космоса, свет от которого шел к нам от 10 до 12 миллиардов лет. И по смещениям они смогли построить трехмерную карту «космической паутины» в этой области.
Не менее значимым результатом исследования стало само совершенствование методики. Из-за крайне слабого свечения нитей его легко спутать с фоновым излучением, исходящим от атмосферы, межпланетной пыли, освещенной Солнцем, и даже от Млечного Пути. Для отделения этого шума от полезного сигнала ученые сравнивали изображения, полученные из разных участков неба, с нитями, находящимися на различном расстоянии, и вычитали одно изображение из другого, чтобы выделить только излучение нитей.
Используя такие детализированные изображения космической паутины, ученые смогут получить дополнительные сведения о формировании и развитии галактик. Кроме того, появится возможность создать карты распределения темной материи – «невидимой» субстанции, которая, согласно расчетам, составляет около 85% всей массы во Вселенной.