Вчені, використовуючи дані космічного телескопа НАСА імені Джеймса Вебба, створили одну з найдокладніших і найдеталізованіших карт темної матерії, коли-небудь створених. Вона показує, як невидима, примарна матерія перекривається і переплітається із «звичайною» матерією — речовиною, з якої складаються зірки, галактики та все, що ми можемо бачити.
Опублікована в понеділок, 26 січня, в журналі Nature Astronomy, ця карта ґрунтується на попередніх дослідженнях і надає додаткові підтвердження і нові деталі про те, як темна матерія формувала Всесвіт у найбільших масштабах - скупченнях галактик розміром у мільйони світлових років - які врешті-решт, порожні.
"Це найбільша карта темної матерії, яку ми створили за допомогою телескопа Вебба, і вона вдвічі чіткіша за будь-яку карту темної матерії, створену іншими обсерваторіями", - сказала Діана Сконьямільйо, провідний автор статті та астрофізик з Лабораторії реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії. "Раніше ми бачили розмите зображення темної матерії. Тепер, завдяки неймовірній роздільній здатності телескопа Вебба, ми бачимо невидимий каркас Всесвіту в приголомшливих деталях".
Темна матерія не випромінює, не відбиває, не поглинає і навіть не блокує світло, і вона проходить крізь звичайну матерію, як привид. Але вона взаємодіє зі Всесвітом за допомогою гравітації, що карта демонструє з новим ступенем ясності. Доказом цієї взаємодії є ступінь перекриття темної та звичайної матерії. За словами авторів статті, спостереження телескопа Вебба підтверджують, що це тісне вирівнювання не може бути випадковістю, а швидше обумовлено гравітацією темної матерії, що притягує до себе звичайну матерію протягом усієї космічної історії.
"Всюди, де ми бачимо велике скупчення з тисяч галактик, ми також бачимо таку ж величезну кількість темної матерії в тому ж місці. І коли ми бачимо тонкий ланцюжок звичайної матерії, що з'єднує два такі скупчення, ми бачимо і ланцюжок темної матерії", — сказав Річард Массі, астрофізик з Даремського університету у Великій Британії та співавтор нового дослідження. "Справа не лише у тому, що вони мають однакову форму. Ця карта показує нам, що темна матерія та звичайна матерія завжди знаходилися в тому самому місці. Вони розвивалися разом".
Детальніший огляд
Область, зображена на новій карті, знаходиться в сузір'ї Секстанту і являє собою ділянку неба, що приблизно у 2,5 раза перевищує розмір повного Місяця. Глобальна спільнота вчених спостерігала за цією областю за допомогою щонайменше 15 наземних та космічних телескопів у рамках проєкту COSMOS (Cosmic Evolution Survey). Їхня мета: точно виміряти місце розташування звичайної матерії в цьому регіоні та порівняти його з розташуванням темної матерії. Першу карту темної матерії в цій галузі було створено у 2007 році з використанням даних космічного телескопа Габбл, проєкту, очолюваного Массі та астрофізиком Джейсоном Роудсом з Лабораторії реактивного руху (JPL), співавтором статті.
Телескоп Габбл спостерігав за цією областю протягом приблизно 255 годин та ідентифікував майже 800 000 галактик, деякі з яких були виявлені вперше. Потім Сконьямільйо та її колеги почали шукати темну матерію, спостерігаючи, як її маса викривляє сам простір, який, своєю чергою, викривляє світло, що йде до Землі від далеких галактик. При спостереженні дослідниками здається, ніби світло цих галактик проходить крізь викривлене шибку.
Карта телескопа Вебб містить приблизно в 10 разів більше галактик, ніж карти цієї області, створені наземними обсерваторіями, і вдвічі більше, ніж карта телескопа Габбл. Вона виявляє нові скупчення темної матерії й дозволяє отримати вищу роздільну здатність областей, що раніше спостерігалися телескопом Габбл.
Для уточнення вимірювань відстані до багатьох галактик для карти команда використовувала середньоінфрачервоний інструмент Вебба (MIRI), розроблений та керований з моменту запуску реактивного руху Лабораторією (JPL), а також інші космічні та наземні телескопи. Довжини хвиль, які виявляє MIRI, також дозволяють йому ефективно виявляти галактики, приховані хмарами космічного пилу.
Чому це важливо
Коли Всесвіт зародився, нормальна матерія і темна матерія, мабуть, були розподілені нерівномірно. Вчені вважають, що темна матерія спочатку почала згущуватись, а потім ці згустки темної матерії об'єднали звичайну матерію, створивши області з достатньою кількістю матеріалу для початку формування зір та галактик.
Таким чином, темна матерія визначила великомасштабний розподіл галактик у Всесвіті. А оскільки темна матерія спонукала до початку формування галактик і зірок раніше, ніж це було б можливо в іншому випадку, вона також відіграла певну роль у створенні умов для формування планет. Це тому, що перші покоління зірок були відповідальні за перетворення водню і гелію — які становили переважну більшість атомів у ранньому Всесвіті — на багатий набір елементів, які зараз складають планети, подібні до Землі. Інакше кажучи, темна матерія надала більше часу на формування складних планет.
"Ця карта дає переконливіші докази того, що без темної матерії в нашій галактиці, можливо, не було б елементів, які дозволили б виникнути життю", - сказав Роудс. "Темна матерія - це не те, з чим ми стикаємося в повсякденному житті на Землі або навіть у нашій Сонячній системі, але вона безперечно вплинула на нас".
Сконьямільйо та деякі з її співавторів також складуть карту темної матерії за допомогою майбутнього космічного телескопа НАСА імені Ненсі Грейс Роман на території, що в 4400 разів перевищує область COSMOS. Основні наукові цілі проєкту Роман включають вивчення фундаментальних властивостей темної матерії й того, як вони могли змінитися або не змінитися за час космічної історії. Але карти Романа не перевершать просторової роздільної здатності телескопа Вебба. Більш детальне вивчення темної матерії стане можливим лише за допомогою телескопа наступного покоління, такого як Обсерваторія світів (Habitable Worlds Observatory), майбутнього флагманського проєкту НАСА в галузі астрофізики.
