Первые изображения космической паутины показывают неожиданное присутствие миллиардов карликовых галактик

Рисунок 1: космологическое моделирование далекой Вселенной. На изображении показан свет, излучаемый атомами водорода в космической паутине в области размером примерно 15 миллионов световых лет в поперечнике. Помимо очень слабого излучения межгалактического газа, можно увидеть ряд точечных источников: это галактики, которые формируют свои первые звезды. Предоставлено: Джереми Блайзот / projet SPHINX.

• Во Вселенной галактики распределены вдоль чрезвычайно тонких нитей газа длиной в миллионы световых лет, разделенных пустотами, образуя космическую паутину.
• Ассоциация MUSE инструмент на Очень Большой Телескоп сделал снимок нескольких нитей в ранней Вселенной ...
• … Обнаружение неожиданного присутствия миллиардов карликовых галактик в волокнах

Хотя газовые нити, в которых рождаются галактики, давно предсказывались космологическими моделями, у нас до сих пор не было реальных изображений таких объектов. Впервые несколько нитей «космической паутины» наблюдались напрямую с помощью MUSE.^[1] инструмент установлен на ESOочень большой телескоп в Чили. Эти наблюдения ранней Вселенной через 1-2 миллиарда лет после Большой взрыв, указывают на существование множества карликовых галактик, о которых раньше никто не подозревал. Осуществляется в рамках международного сотрудничества под руководством Лионского центра астрофизических исследований (CNRS / Université Lyon 1 / ENS de Lyon) с участием лаборатории Лагранжа (CNRS / Université Côte d'Azur / Observatoire de la Côte d'Azur).^[2] исследование опубликовано в журнале Астрономия и астрофизикаs.

Рисунок 2: 2250 галактик в «конусе» Вселенной, наблюдаемые MUSE, показаны здесь в соответствии с возрастом Вселенной (в миллиардах лет). Период ранней Вселенной (0.8–2.2 миллиарда лет после Большого взрыва), исследуемый в этом исследовании, показан красным. Серыми прямоугольниками обозначены 22 области с избыточной плотностью галактик. 5 областей, в которых волокна были идентифицированы наиболее заметно, показаны синим цветом. Предоставлено: Роланд Бэкон / Дэвид Мэри.

Нитевидная структура газообразного водорода, в которой образуются галактики, известная как космическая паутина, является одним из главных предсказаний модели Большого взрыва и образования галактик [рис. 1]. До сих пор все, что было известно о сети, ограничивалось несколькими конкретными регионами, особенно в направлении квазаров, мощное излучение которых действует как автомобильные фары, открывая газовые облака вдоль луча зрения. Однако эти области плохо репрезентативны для всей сети волокон, из которых родилось большинство галактик, в том числе наша. Прямое наблюдение слабого света, излучаемого газом, составляющим нити, было святым Граалем, который теперь был достигнут международной группой во главе с Роландом Бэконом, исследователем CNRS в Центр астрофизических исследований Лиона (CNRS / Université Lyon 1 / ENS de Lyon).

Рисунок 3: одна из нитей водорода (отмечена синим), обнаруженная MUSE в сверхглубоком поле Хаббла. Он расположен в созвездии Форнакс на расстоянии 11.5 миллиардов световых лет и простирается на 15 миллионов световых лет. Изображение на заднем плане взято с телескопа Хаббл. Предоставлено: Роланд Бэкон, Дэвид Мэри, ESO и НАСА.

Команда предприняла смелый шаг, наведя Очень Большой телескоп ESO, оснащенный прибором MUSE, соединенным с системой адаптивной оптики телескопа, на один участок неба в течение более 140 часов. Вместе эти два инструмента образуют одну из самых мощных систем в мире.^[3] Выбранная область является частью сверхглубокого поля Хаббла, которое до сих пор было самым глубоким изображением космоса из когда-либо полученных. Однако теперь Хаббл превзошел, поскольку 40% галактик, обнаруженных MUSE, не имеют аналогов на изображениях Хаббла.

Рисунок 4: космологическое моделирование нити накала, состоящей из сотен тысяч маленьких галактик. На изображении слева показаны выбросы, производимые всеми галактиками, которые можно наблюдать на месте. На изображении справа показана нить накала в том виде, в котором она была бы видна MUSE. Даже при очень длительной экспозиции подавляющее большинство галактик невозможно обнаружить по отдельности. Однако свет от всех этих маленьких галактик обнаруживается как диффузный фон, похожий на Млечный Путь, если смотреть невооруженным глазом. Предоставлено: Тибо Гарель и Роланд Бэкон.

После тщательного планирования на проведение этой исключительной кампании наблюдений ушло восемь месяцев. За этим последовал год обработки и анализа данных, которые впервые выявили свет от водородных нитей, а также изображения нескольких нитей, которые были через один-два миллиарда лет после Большого взрыва, ключевой период для понимания того, как галактики, образованные из газа в космической паутине [рисунки 2 и 3]. Однако самым большим сюрпризом для команды стало то, что моделирование показало, что свет газа исходит от невидимой до сих пор популяции миллиардов карликовых галактик, порождающих множество звезд [рис. 4].^[4] Хотя эти галактики слишком тусклые, чтобы их можно было обнаружить по отдельности с помощью современных инструментов, их существование будет иметь серьезные последствия для моделей формирования галактик, с последствиями, которые ученые только начинают исследовать.

Заметки

1. MUSE, что расшифровывается как Multi Unit Spectroscopic Explorer, представляет собой трехмерный спектрограф, разработанный для исследования далекой Вселенной. Созданием инструмента руководил Лионский центр астрофизических исследований (CNRS / Université Claude Bernard-Lyon 3 / ENS de Lyon).
2. Другие участвующие французские лаборатории: Лаборатория астрофизики Марселя (CNRS / Университет Экс-Марсель / CNES), Институт исследований в области астрофизики и планетологии (CNRS / Университет Тулузы III - Поль Сабатье / CNES).
3. См. пресс-релиз ESO.
4. До сих пор теория предсказывала, что свет исходит от диффузного космического ультрафиолетового фонового излучения (очень слабого фонового излучения, создаваемого всеми галактиками и звездами), которое, нагревая газ в нитях, заставляет их светиться.

Ссылка: «The MUSE Extremely Deep Field: космическая паутина в излучении при большом красном смещении» Р. Бэкона, Д. Мэри, Т. Гарела, Дж. Блайзо, М. Маседа, Дж. Шайе, Л. Висоцки, С. Консейла. , Дж. Бринчманн, Ф. Леклерк, В. Абрил-Мельгареджо, Л. Богаард, Н. Ф. Буше, Т. Контини, А. Фельтре, Б. Гудердони, К. Херенц, В. Коллатшни, Х. Кусакабе, Дж. Матти, Л. Мишель-Дансак, Т. Нанаяккара, Дж. Ричард, М. Рот, К. Б. Шмидт, М. Штейнмец, Л. Трессе, Т. Уррутия, А. Верхамме, П. М. Вайльбахер, Дж. Забл и С. Л. Зутендейк, 18 марта 2021 г. , Астрономия и астрофизика.
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202039887