Перші зображення космічної павутини розкривають непередбачену присутність мільярдів карликових галактик

Рисунок 1: космологічне моделювання далекого Всесвіту. На зображенні показано світло, випромінюване атомами водню в космічній павутині в регіоні приблизно 15 мільйонів світлових років у поперечнику. Окрім дуже слабкого випромінювання міжгалактичного газу, можна побачити ряд точкових джерел: це галактики, які перебувають у процесі формування своїх перших зірок. Авторство: Jeremy Blaizot / проект SPHINX

• У Всесвіті галактики розподілені вздовж надзвичайно розріджених ниток газу довжиною в мільйони світлових років, розділених пустотами, утворюючи космічну мережу.
• Команда MUSE інструмент на Дуже великий телескоп зробив зображення кількох ниток у ранньому Всесвіті...
• … виявлення несподіваної присутності мільярдів карликових галактик у нитках

Хоча газові нитки, в яких народжуються галактики, давно були передбачені космологічними моделями, ми досі не мали реальних зображень таких об’єктів. Тепер вперше кілька ниток «космічної павутини» були безпосередньо спостережені за допомогою MUSE^[1] інструмент, встановлений на ESOДуже великий телескоп у Чилі. Ці спостереження раннього Всесвіту, від 1 до 2 мільярдів років після великий вибух, вказують на існування безлічі карликових галактик, про які досі не підозрювали. Здійснюється міжнародним співробітництвом на чолі з Ліонським центром астрофізичних досліджень (CNRS/Університет Ліона 1/ENS де Ліон), також за участю лабораторії Лагранжа (CNRS/Університет Лазурного берега/Обсерваторія Лазурного берега),^[2] дослідження опубліковано в журналі Астрономія та астрофізикаs.

Рисунок 2: 2250 галактик у «конусі» Всесвіту, які спостерігає MUSE, показані тут відповідно до віку Всесвіту (у мільярдах років). Період раннього Всесвіту (від 0.8 до 2.2 мільярдів років після Великого вибуху), досліджений у цьому дослідженні, показано червоним кольором. 22 області з надмірною щільністю галактик позначені сірими прямокутниками. Синім кольором показано 5 областей, де виявлено найпомітніші нитки. Авторство: Роланд Бекон / Девід Мері

Ниткоподібна структура газоподібного водню, в якому утворюються галактики, відома як космічна павутина, є одним із основних передбачень моделі Великого вибуху та утворення галактик [рисунок 1]. До цього часу все, що було відомо про Інтернет, обмежувалося кількома конкретними регіонами, зокрема в напрямку квазарів, потужне випромінювання яких діє як автомобільні фари, виявляючи газові хмари вздовж лінії зору. Однак ці регіони погано репрезентують всю мережу ниток, де народилася більшість галактик, у тому числі й наша. Пряме спостереження за слабким світлом, випромінюваним газом, що утворює нитки розжарення, було святим Граалем, який тепер досягла міжнародна команда на чолі з Роландом Беконом, дослідником CNRS з Центр астрофізичних досліджень у Ліоні (CNRS/Університет Ліона 1/ENS де Ліон).

Малюнок 3: одна з водневих ниток (синього кольору), виявлена ​​MUSE в надглибокому полі Хаббла. Він розташований у сузір'ї Fornax на відстані 11.5 мільярдів світлових років і простягається на 15 мільйонів світлових років. Зображення на задньому плані зроблено Хабблом. Авторство: Роланд Бекон, Девід Мері, ESO та NASA

Команда зробила сміливий крок, направивши Дуже Великий Телескоп ESO, оснащений інструментом MUSE, з’єднаним із системою адаптивної оптики телескопа, на одну ділянку неба протягом понад 140 годин. Разом ці два інструменти утворюють одну з найпотужніших систем у світі.^[3] Вибраний регіон є частиною надглибокого поля Хаббла, яке досі було найглибшим зображенням космосу, яке коли-небудь було отримано. Однак Хаббла тепер перевершили, оскільки 40% галактик, відкритих MUSE, не мають відповідників на зображеннях Хаббла.

Рисунок 4: космологічне моделювання нитки, що складається із сотень тисяч малих галактик. На зображенні ліворуч показано випромінювання, створене всіма галактиками, як це можна спостерігати на місці. На зображенні праворуч показана нитка розжарювання так, як її побачить MUSE. Навіть за дуже тривалого часу експозиції переважну більшість галактик неможливо виявити окремо. Однак світло від усіх цих малих галактик виявляється як розсіяний фон, схожий на Чумацький Шлях, якщо побачити неозброєним оком. Авторство: Тібо Гарель і Роланд Бекон

Після ретельного планування знадобилося вісім місяців, щоб провести цю виняткову кампанію спостереження. Після цього послідував рік обробки та аналізу даних, у результаті якого вперше було виявлено світло від водневих ниток, а також зображення кількох ниток, коли вони були через один-два мільярди років після Великого вибуху, що є ключовим періодом для розуміння того, як галактики, утворені з газу в космічній павутині [рис. 2 і 3]. Однак найбільшим сюрпризом для команди стало те, що моделювання показало, що світло від газу надходить від досі невидимої популяції мільярдів карликових галактик, що породжують безліч зірок [рисунок 4].^[4] Незважаючи на те, що ці галактики надто слабкі, щоб їх можна було виявляти окремо за допомогою сучасних інструментів, їхнє існування матиме значні наслідки для моделей утворення галактик із наслідками, які вчені тільки починають досліджувати.

примітки

1. MUSE, що розшифровується як Multi Unit Spectroscopic Explorer, є тривимірним спектрографом, призначеним для дослідження далекого Всесвіту. Розробкою інструменту керував Ліонський астрофізичний центр (CNRS/Université Claude Bernard-Lyon 3/ENS de Lyon).
2. Інші залучені французькі лабораторії: Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université/CNES), Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier/CNES).
3. Дивіться прес-реліз ESO.
4. До цього часу теорія передбачала, що світло надходить від дифузного космічного ультрафіолетового фонового випромінювання (дуже слабкого фонового випромінювання, створюваного всіма галактиками та зірками), яке, нагріваючи газ у філаментах, змушує їх світитися.

Довідка: «The MUSE Extremely Deep Field: The Cosmic Web in emission at high redshift» Р. Бекон, Д. Мері, Т. Гарель, Ж. Блезо, М. Маседа, Дж. Шайє, Л. Вісоцкі, С. Консель , J. Brinchmann, F. Leclercq, V. Abril-Melgarejo, L. Boogaard, NF Bouché, T. Contini, A. Feltre, B. Guiderdoni, C. Herenz, W. Kollatschny, H. Kusakabe, J. Matthee, Л. Мішель-Дансак, Т. Нанаяккара, Дж. Річард, М. Рот, К. Б. Шмідт, М. Штайнмец, Л. Трессе, Т. Уррутіа, А. Верхамме, П. М. Вайльбахер, Дж. Забл і С. Л. Зутендайк, 18 березня 2021 р. , Астрономія та астрофізика.
DOI: 10.1051/0004-6361/202039887