В самых больших масштабах сети газообразных волокон охватывают сотни миллионов световых лет, соединяя массивные скопления галактик. Но этот газ настолько редок, что его невозможно увидеть напрямую.
В течение многих лет астрономы использовали квазары - блестящие галактические центры, работающие на сверхмассивных черных дырах, быстро аккрецирующих материал - для отображения невидимой материи.
Но теперь, впервые команде астрономов во главе с Хи-Ганом Ли, постдоком из Института астрономии им. Макса Планка, удалось создать трехмерную карту крупномасштабной структуры Вселенной, используя далекие галактики. И преимуществ много.
Наука всегда напоминала что-то вроде этого: когда яркий свет далекого квазара движется к Земле, он встречает промежуточные облака газообразного водорода и частично поглощается. Это оставляет темные линии поглощения в спектре квазара.
Если бы Вселенная была статичной, темные линии поглощения всегда были бы расположены в одном и том же месте (121 нм для так называемой линии Лаймана-альфа) в спектре квазара. Но поскольку Вселенная расширяется, далекий квазар улетает с Земли с большой скоростью. Это растягивает свет квазара, так что каждое промежуточное облако газообразного водорода запечатлевает свою поглотительную сигнатуру в другой области спектра квазара, оставляя лес линий.
Поэтому подробные измерения спектров нескольких квазаров, расположенных близко друг к другу, могут фактически выявить трехмерную природу промежуточных облаков водорода. Но галактик почти в 100 раз больше, чем квазаров. Так что в теории они должны предоставить гораздо более подробную карту.
Единственная проблема заключается в том, что галактики также примерно в 15 раз слабее, чем квазары. Таким образом, астрономы думали, что они просто недостаточно умны, чтобы хорошо видеть в далекой вселенной. Но Ли провел расчеты, которые предполагали обратное.
«Я был удивлен, обнаружив, что существующие большие телескопы уже способны собирать достаточно света от этих слабых галактик, чтобы отобразить поглощение на переднем плане, хотя и с более низким разрешением, чем это было бы возможно в будущих телескопах», - сказал Ли в пресс-релизе. «Тем не менее, это обеспечило бы беспрецедентный обзор космической сети, которая никогда не была нанесена на карту на таких огромных расстояниях».
Ли и его коллеги использовали 10-метровый телескоп Keck I на Мауна-Кеа, Гавайи, чтобы ближе познакомиться с далекими галактиками и лесом поглощения водорода, встроенным в их спектры. Но даже погода на Гавайях может стать ужасной.
«Мы были очень разочарованы, поскольку погода была ужасной, и нам удалось собрать только несколько часов хороших данных», - сказал соавтор Джозеф Хеннави, также из Института астрономии им. Макса Планка. «Но, судя по качеству данных, полученных с телескопа, мне уже было ясно, что эксперимент будет работать».
Команда смогла собрать данные только за четыре часа. Но это было все еще беспрецедентно. Они посмотрели на 24 далекие галактики, которые обеспечили достаточный охват небольшого участка неба и позволили им объединить информацию в трехмерную карту.
Карта показывает крупномасштабную структуру Вселенной, когда ей было только четверть ее нынешнего возраста. Но команда надеется в ближайшее время проанализировать карту для получения дополнительной информации о функции структуры - следуя за потоками космического газа, когда он направляется от пустот к удаленным галактикам. Это обеспечит уникальную историческую запись о том, как скопления галактик и пустоты выросли из неоднородностей Большого взрыва.
Результаты были опубликованы в Astrophysical Journal и доступны онлайн.
