Вчені створили найдетальнішу з коли-небудь створених карту темної матерії, що проходить через увесь Всесвіт, показуючи, як вона вплинула на формування зірок, галактик і планет.
Дослідження, в якому беруть участь астрономи з Даремського університету у Великій Британії, дає нове розуміння того, як ця невидима речовина допомогла об’єднати звичайну матерію, формуючи галактики, такі як Чумацький Шлях, і згодом планети, подібні до Землі.
Результати базуються на нових спостереженнях космічного телескопа імені Джеймса Вебба (Webb) NASA та опубліковані в журналі Nature Astronomy.
Міжнародне дослідження було проведене спільно Даремським університетом, Лабораторією реактивного руху NASA (JPL) та Федеральною політехнічною школою Лозанни (EPFL), Швейцарія.
Як темна матерія сформувала Всесвіт, який ми бачимо сьогодні
Новостворена карта підтверджує попередні дослідження, розкриваючи детальніші деталі про взаємозв’язок між темною матерією та звичайною матерією, яка складає все, що ми можемо бачити, торкатися та з чим ми можемо взаємодіяти.
На початку Всесвіту як темна матерія, так і звичайна матерія, ймовірно, були розсіяні в космосі. Вчені вважають, що темна матерія почала спочатку злипати. Потім її гравітація притягнула звичайну матерію, створюючи щільні області, де могли почати формуватися зірки та галактики.
Цей процес встановив загальну схему розподілу галактик у Всесвіті сьогодні. Дозволяючи галактикам та зіркам формуватися раніше, ніж вони могли б утворитися в іншому випадку, темна матерія також допомогла створити умови, необхідні для розвитку планет. Без цього раннього впливу елементи, необхідні для життя, могли б ніколи не сформуватися в нашій галактиці.
Співавтор дослідження, доктор Гевін Лерой з Інституту обчислювальної космології, кафедри фізики, Університету Дарема, сказав: «Виявляючи темну матерію з безпрецедентною точністю, наша карта показує, як невидимий компонент Всесвіту структурував видиму матерію до такої міри, що дозволив виникнення галактик, зірок і, зрештою, самого життя.
«Ця карта розкриває невидиму, але важливу роль темної матерії, справжнього архітектора Всесвіту, яка поступово організовує структури, які ми спостерігаємо через наші телескопи».
Виявлення невидимого через гравітацію
Темну матерію не можна побачити безпосередньо, оскільки вона не випромінює, не відбиває, не поглинає і не блокує світло. Вона також рухається крізь звичайну матерію, не взаємодіючи з нею, подібно до привида.
Її присутність виявляється через гравітацію. Нова карта показує цей ефект з більшою чіткістю, ніж будь-коли раніше. Одним з ключових доказів є те, наскільки точно карти темної матерії збігаються з картами нормальної матерії.
За словами дослідників, спостереження Вебба показують, що це вирівнювання не випадкове. Натомість воно відображає гравітаційне тяжіння темної матерії, яке притягує нормальну матерію до неї протягом усієї історії Всесвіту.
Співавтор дослідження, професор Річард Массі з Інституту обчислювальної космології кафедри фізики Даремського університету, сказав: «Де б ви сьогодні не знаходили нормальну матерію у Всесвіті, ви також знаходите темну матерію.
«Щоекунди через ваше тіло проходять мільярди частинок темної матерії. Це не завдає їм шкоди, вони нас не помічають і просто продовжують рухатися.
«Але вся закручена хмара темної матерії навколо Чумацького Шляху має достатню силу тяжіння, щоб утримувати всю нашу галактику разом. Без темної матерії Чумацький Шлях розкрутився б на частини.”
Глибокий погляд Вебба на Космос
Карта охоплює область неба приблизно в 2,5 рази більшу за повний Місяць, розташовану в сузір’ї Секстант.
Вебб спостерігав за цією областю протягом приблизно 255 годин і визначив майже 800 000 галактик, багато з яких були помічені вперше. Щоб знайти темну матерію, команда виміряла, як її маса викривляє простір, що, у свою чергу, викривляє світло, що подорожує до Землі з далеких галактик – ніби це світло пройшло крізь деформоване віконне скло.
Отримана карта містить приблизно в десять разів більше галактик, ніж попередні наземні карти того ж регіону, і вдвічі більше, ніж ті, що були створені за допомогою космічного телескопа Хаббл. Вона виявляє нові концентрації темної матерії та забезпечує набагато чіткіше уявлення про області, які раніше спостерігав Хаббл.
Співавтор дослідження доктор Діана Скогнамільйо з Лабораторії реактивного руху NASA, сказав: «Це найбільша карта темної матерії, яку ми створили за допомогою Webb, і вона вдвічі чіткіша за будь-яку карту темної матерії, створену іншими обсерваторіями.
«Раніше ми дивилися на розмите зображення темної матерії. Тепер ми бачимо невидимий каркас Всесвіту в приголомшливих деталях завдяки неймовірній роздільній здатності Webb».
Інструменти та майбутні дослідження
Щоб покращити вимірювання відстаней для багатьох галактик на карті, дослідницька група використовувала інструмент Webb для середнього інфрачервоного діапазону (MIRI).
Центр позагалактичної астрономії Університету Дарема зробив свій внесок у розробку MIRI, який був розроблений та керований JPL під час запуску. Цей інструмент особливо ефективний для виявлення галактик, прихованих за густими хмарами космічного пилу.
Команда планує розширити свою роботу, картографуючи темну матерію по всьому Всесвіту за допомогою телескопа Euclid Європейського космічного агентства (ESA) та майбутнього космічного телескопа Nancy Grace Roman від NASA. Ці майбутні спостереження допоможуть вченим краще зрозуміти основні властивості темної матерії та те, як вона могла еволюціонувати протягом космічного часу.
Область неба, проаналізована в цьому дослідженні, слугуватиме точкою відліку, що дозволить порівнювати та уточнювати майбутні карти темної матерії з більшою точністю.
Останнє дослідження було профінансовано NASA, Радою з питань наукових і технологічних об’єктів RCUK/STFC (STFC), Державним секретаріатом Швейцарії з питань освіти, досліджень та інновацій (SERI), Центральним лазерним центром RCUK/STFC у лабораторії Резерфорда-Епплтона STFC та Національним центром просторових досліджень.
