Космическая паутина, соединяющая Вселенную, формирует темную материю в галактиках, показало исследование

Галактики, расположенные в "узлах" космической паутины, раньше собирают темную материю и более обогащены тяжелыми элементами, чем те, которые находятся дальше.

Наша Вселенная связана космической паутиной из гигантских нитей темной материи и газа, которые тянутся на миллионы световых лет и пересекаются в "узлах", населенных плотными скоплениями галактик. Эта огромная сеть формирует распределение и эволюцию галактик фундаментальными способами, которые ученые пытаются разгадать с помощью все более точных наблюдений и продвинутого моделирования. 

Теперь команда под руководством Каллума Доннана, аспиранта по астрономии Эдинбургского университета, выявила ключевую корреляцию между химическим составом галактик и их расположением в космической сети. Используя как реальные наблюдения, так и компьютерное моделирование, команда обнаружила, что "галактики, расположенные ближе к узлам [демонстрируют] более высокое химическое обогащение, чем те, которые находятся дальше". Это открытие раскрывает некоторые из таинственных динамических процессов, связывающих Вселенную, говорится в исследовании, опубликованном в понедельник в журнале Nature Astronomy.

"Уже давно предполагалось, что существует связь между тем, как галактики развиваются, и их положением в космической сети", - сказал Доннан в своем электронном письме. "Однако получить наблюдательные доказательства было трудно из-за необходимости проведения больших, плотных спектроскопических обзоров, охватывающих большую часть неба. Результаты таких наблюдений появились недавно, но как свойства газа связаны с космической паутиной, до этого не было изучено достаточно подробно".

Чтобы ответить на этот вопрос, Доннан и его коллеги изучили галактики в радиусе около миллиарда световых лет от Млечного Пути, наблюдаемые Слоановским цифровым обзором неба в Нью-Мексико, который охватывает огромную область неба. Команда изучила элементный состав газов в межзвездном пространстве этих реальных галактик - свойство, известное как металличность газовой фазы. 

Результаты показали, что галактики, расположенные вблизи узлов космической паутины, были более богаты "металлами", под которыми в астрономии понимается любой элемент тяжелее гелия. Слабая корреляция наблюдалась также с близостью к нитям паутины - нитям, которые тянутся через всю Вселенную и связывают узлы между собой. Команда провела сложное космологическое моделирование с помощью платформы IllustrisTNG, которое подтвердило результаты наблюдений. 

Важно отметить, что подход показал, что положение галактики в космической паутине изменяет ее химическое содержание даже при учете других факторов, таких как плотность конкретного региона Вселенной.

"Мы подозревали, что такая связь существует, поскольку галактики не являются изолированными системами и взаимодействуют со своим окружением", - отметил Доннан. "Однако мы не были уверены, чего именно ожидать, поскольку здесь действуют многочисленные физические процессы. В прошлом были некоторые свидетельства того, что галактики в сверхплотных областях Вселенной химически обогащены, но ничто не указывает на полный масштаб космической паутины". 

Естественно, возникает вопрос, почему галактики, расположенные вблизи узлов, обогащены большим количеством металлов по сравнению с галактиками, расположенными вдоль нитей или в пустых "пустотах" космической паутины. Команда Доннана выделила два основных фактора этой взаимосвязи: Поглощение газа извне галактик и эволюция звезд и темной материи внутри них. 

Галактики питаются газами, которые разбросаны по космосу в межгалактической среде, но те, которые находятся дальше от узлов, потребляют гораздо больше этого внешнего материала, чем те, которые находятся близко к узлам. Поскольку межгалактический газ беден металлами, он разбавляет обогащенный газ далеких галактик, снижая их общую металличность в газовой фазе. Галактики вблизи узлов не потребляют так много этого бедного металлами материала, что помогает им оставаться химически обогащенными более высокими концентрациями тяжелых элементов.

Кроме того, галактики вблизи узлов, похоже, созревали раньше, чем галактики, расположенные на расстоянии. Эти галактики имели преимущество в рождении новых звезд и сборе темной материи - загадочного вещества, составляющего большую часть материи во Вселенной.

"Мы считаем, что галактики, расположенные вблизи узлов, в прошлом имели более активное звездообразование, а другие результаты показывают, что галактики, расположенные вблизи узлов, раньше собрали свою темную материю", - сказал Доннан. "Мы предполагаем, что это показывает связь между базовой сборкой большой структуры темной материи во Вселенной и металличностью газа через повышенное раннее звездообразование". 

Выяснение этих тонких связей между космической паутиной и эволюцией галактик является трудной задачей, учитывая масштаб и сложность этих астрономических взаимодействий. Доннан и его коллеги заявили, что их результаты представляют собой "важный первый шаг к этой цели" в исследовании, но они также подчеркивают, что новые технологии позволят уточнить эти тайны в будущем. В частности, спектроскопический прибор для изучения темной энергии (DESI), работа над которым должна быть завершена в середине 2020-х годов, поможет раскрыть некоторые скрытые связи между этой эпической космической структурой и галактиками внутри и вокруг нее.

"С помощью спектроскопического прибора для изучения темной энергии (DESI) мы получим спектры на порядок большего числа галактик, что позволит нам продвинуть этот вопрос вперед и начать действительно распутывать пути влияния космической паутины на эволюцию галактик", - сказал Доннан. "DESI также позволит нам увидеть этот эффект в более отдаленном прошлом, а значит, мы сможем увидеть, как роль космической паутины в эволюции галактик меняется со временем".

"Общая картина здесь заключается в том, чтобы попытаться создать полную картину эволюции галактик, и мы показали, что для этого нам необходимо учитывать роль космической паутины", - заключил он. "Существует много неопределенности, особенно в отношении сложной газовой физики галактик, и мы показали, что космическая сеть играет в этом определенную роль. Кроме того, попытка связать то, как растет крупномасштабная структура Вселенной, с тем, как эволюционируют галактики, важна для понимания эволюции Вселенной в целом, поскольку это может помочь нам лучше понять космологию. Это помогает создать мост между физикой в крупнейших масштабах и в меньших, галактических масштабах".