Ученые создают самую подробную карту вещества во Вселенной. Почему это важно?

Через 400 000 лет после Большого взрыва первичная плазма зарождающейся Вселенной начала остывать, что привело к образованию первых атомов. Затем появилось реликтовое излучение – тепловое излучение, равномерно заполняющее Вселенную и распространяющееся во всех направлениях. Этот космический микроволновый фон (CMB), впервые зарегистрированный в 1965 году, удалось зафиксировать с помощью современных телескопов и увидеть какой была Вселенная вскоре после своего рождения. Сегодня мощные астрономические инструменты позволяют создавать каталоги и карты, отображающие не только галактики и небесные тела, но и крупномасштабные структуры Вселенной. Считается, что они формировались миллиарды лет по мере расширения и «старения» нашего мира. Но вот что особенно интересно – недавно исследователи пришли к выводу, что все вещество во Вселенной, будь то темная материя или плазма, расположено неравномерно. Если создатели новой, самой подробной карты Вселенной правы, то наши представления о космосе придется пересмотреть.

Ученые создают самую подробную карту вещества во Вселенной. Почему это важно? Ученые создают самую подробную в истории карту вещества во Вселенной. С ее помощью можно обнаружить материю, скрытую от наших глаз и инструментов. Фото.
Ученые создают самую подробную в истории карту вещества во Вселенной. С ее помощью можно обнаружить материю, скрытую от наших глаз и инструментов

Вселенная – это театр теней, а галактики – его главные действующие лица.

Реликтовое излучение

После того, как ученые обнаружили реликтовое излучение, они нанесли на карту крошечные колебания температуры, оставшиеся после Большого взрыва. Пристальное внимание к СМВ объяснимо – это излучение пережило большую часть истории Вселенной, сохранив отпечатки всех изменений, происходивших на протяжении 14 миллиардов лет.

За это время реликтовое излучение встречалось с галактиками и другими космическими структурами, растягивалось, сжималось и деформировалось. Отпечатки этих встреч, оставленные СМВ, многое говорят о распределении всей материи во Вселенной, что является ключом к разгадке фундаментальных космологических загадок.

Реликтовое излучение позволяет многое узнать не только об условиях, царивших в ранней Вселенной, но и о самих галактиках на ее просторах.

В отличие от стандартных оптических исследований, которые фиксируют свет, испускаемый звездами, СМВ учитывает основную массу галактик, скрытую от глаз либо в виде сгустков темной материи, либо в виде рассеянного ионизированного газа, соединяющего галактики.

Вселенная теней

По мере развития астрономических инструментов стало понятно, что реликтовое излучение хранит в себе намного больше информации, чем считалось раньше. Так, за последние 10 лет ученым удалось подтвердить эффект Сюняева—Зельдовича, теоретезированный в 1960-е годы – он позволяет понять как менялась интенсивность радиоизлучения реликтового фона на горячих электронах межзвездного и межгалактического газа.

Еще один эффект, известный как слабое гравитационное линзирование, искажает траекторию реликтового излучения, когда оно проходит вблизи массивных объектов и искажается подобно тому, как если бы на него смотрели через основание винного бокала. Если говорить совсем просто, то слабое гравитационное линзирование позволяет увидеть невидимое и отличить темную материю от обычной.

Большая часть вещества во Вселенной скрыта от наших глаз и инструментов

В совокупности эти эффекты позволили космологам составить точную карту местоположения и температуры абсолютно всей видимой материи во Вселенной (которая сохраняет характерную сигнатуру, извлекаемую из полученных изображений СМВ). И если наложить эту карту на имеющиеся изображения звезд и галактик, можно не только измерить космические расстояния, но и отследить процессы звездообразования.

В 2021 году команда ученых из Страсбургской астрономической обсерватории (Франция), применила этот подход. Изучив данные CMB, полученные с помощью Европейского космического агентства (ЕКА) и космологического телескопа Атакамы, исследователи объединили их с данными оптических телескопов, включающих почти 500 000 галактик. Поразительно, но полученный результат позволил измерить соотношение обычной и темной материи.

Вещество неравномерно распределено по Вселенной, однако раньше считалось иначе

Анализ также показал, что взрывы сверхновых звезд и аккрецирующие сверхмассивные черные дыры вытесняют газ из узлов темной материи и распределяют его (обычные телескопы не в состоянии этого обнаружить). Более того, новые данные не совпадают с предсказаниями большинства космологических моделей, а значит ответить на целый ряд фундаментальных вопросов космологии с их помощью невозможно.

Самая подробная карта Вселенной

Учитывая данные, полученные за последние 10 лет с помощью новейших астрономических инструментов ученые пришли к выводу, что вещество во Вселенной распределено не равномерно что не соответствует общепринятой космологической теории. Подробная карта скоро будет представлена широкой общественности и, как полагают астрономы, поможет понять целый ряд существующих противоречий. Все это означает, что наше понимание устройства Вселенной ошибочно (по крайней мере частично).

В исследовании принимают участие более 150 ученых, в том числе из Чикагского университета и Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми. Цель проекта – определить и понять силы, ответственные за эволюцию Вселенной. Исследователи полагают, что если материя не распределена по Вселенной «комками», то в существующей сегодня модели не хватает чего-то действительно важного.

Перед вами карта того, как темная материя распределена по Вселенной

Проведенный в ходе работы анализ (включая анализ последних данных о реликтовом излучении) позволил определить более точное местоположение материи, которая не только не распределяется равномерно и не «комкуется» но и группируется в определенных областях, – объясняют астрономы.

Согласитесь, звучит революционно. Эти выводы, однако, являются предварительными и у ученых впереди много работы. Однако результаты анализа уже позволили получить крайне полезную информацию благодаря наблюдениям и современным астрономическим инструментам. Посмотреть как выглядит общепринятая модель Вселенной можно здесь.

Новая эра космологии

Исследователи, принимающие участие в создании самой масштабной карты Вселенной за всю историю наблюдений только начинают осознавать истинные возможности проделанной работы: «Это сенсационное улучшение космологической модели по сравнению со всеми созданными ранее. В это трудно поверить, но мы, возможно, находимся на перепутье… новой модели Вселенной», – сообщают авторы научной работы.

Подробная карта всей видимой материи во Вселенной

Так как в основе стандартной модели космологии лежит реликтовое излучение, новые данные могут оказаться революционными. Отметим также, что в работе ученые объединили данные двух крупнейших исследований Вселенной, проведенных с помощью Dark Energy Survey и South Pole Telescope.

Пять-10 лет назад люди думали, что с космологией покончено. Но это меняется и мы, судя по всему, вступаем в новую эру космологических исследований, – утверждают космологи.

Вселенная и ее мощь поражают воображение

Если результаты будущих исследований подтвердят озвученые выводы, то наша Вселенная на самом деле не является одинаковой для наблюдателя во всех направлениях. И хотя звучит заманчиво, говорить об окончательных выводах преждевременно. И тем не менее только представьте – возможно в самом ближайшем будущем мы наконец докажем существование темной материи. А это – настоящий прорыв.