Астрофізики за допомогою даних телескопа James Webb склали одну з найдетальніших карт темної матерії. Вона показує, як ця невидима субстанція перетинається зі звичайною матерією — тією, з якої складаються зорі, галактики й усе, що ми бачимо.
Роботу опублікували 26 січня в журналі Nature Astronomy. Карта уточнює попередні дослідження й додає нові подробиці про те, як темна матерія формувала Всесвіт на найбільших масштабах — на рівні скупчень галактик завширшки в мільйони світлових років.
Webb удвічі загострив карту темної матерії
Темна матерія не випромінює, не відбиває й не поглинає світло. Вона проходить крізь звичайну матерію, наче привид. Але вона взаємодіє зі Всесвітом через гравітацію — і саме це дозволяє її «побачити».
Нова карта — найбільша карта темної матерії, зроблена за допомогою Webb. За словами авторів, вона удвічі різкіша за будь-яку карту темної матерії, отриману іншими обсерваторіями.
Раніше ми бачили розмиту картину темної матерії. Тепер завдяки роздільній здатності Webb ми бачимо невидимі каркаси Всесвіту в приголомшливих деталях.Діана Сконьямільйо, астрофізик Лабораторії реактивного руху NASA
Докази гравітаційної взаємодії — у ступені перекриття темної та звичайної матерії. Там, де є велике скупчення з тисяч галактик, у тому ж місці виявляється така сама масивна кількість темної матерії. Там, де тонка нитка звичайної матерії з'єднує два скупчення, тягнеться й нитка темної матерії.
Щільні ділянки темної матерії з'єднані нитками нижчої густини, утворюючи структуру, відому як космічна павутина. У даних Webb вона проступає чіткіше, ніж на ранніх знімках Hubble.
Як Webb шукав невидиме у сузір'ї Секстант
Ділянка неба, яку охоплює карта, лежить у сузір'ї Секстант. Її площа приблизно у 2,5 раза більша за повний Місяць.
Цей регіон досліджували щонайменше 15 наземних і космічних телескопів у межах огляду космічної еволюції COSMOS. Першу карту темної матерії цієї ділянки склали ще 2007 року за даними Hubble.
Webb спостерігав цей регіон загалом близько 255 годин і виявив майже 800 тисяч галактик, деякі з них — уперше. Це приблизно вдесятеро більше галактик, ніж на картах наземних обсерваторій, і удвічі більше, ніж у Hubble.
Метод пошуку спирається на гравітаційне лінзування. Маса темної матерії викривляє сам простір, а той згинає світло, що йде до Землі від далеких галактик. Для дослідників це виглядає так, ніби світло цих галактик пройшло крізь спотворену шибку.
Щоб уточнити відстані до багатьох галактик, команда використала середньоінфрачервоний прилад MIRI. Його довжини хвиль допомагають виявляти галактики, приховані хмарами космічного пилу.
Чому темна матерія причетна до появи планет
На початку Всесвіту і звичайна, і темна матерія були розподілені розріджено. Науковці припускають, що темна матерія почала збиратися в згустки першою. Ці згустки притягнули до себе звичайну матерію й створили ділянки з достатньою кількістю речовини для формування зір і галактик.
Так темна матерія визначила великомасштабний розподіл галактик. А оскільки вона змусила галактики й зорі формуватися раніше, ніж це сталося б без неї, вона вплинула й на умови для появи планет.
Перші покоління зір перетворили водень і гелій — головні атоми раннього Всесвіту — на різноманіття елементів, з яких складаються планети на кшталт Землі. Темна матерія дала більше часу для формування складних планет.
Ця карта дає вагоміші докази того, що без темної матерії в нашій галактиці могло б не бути елементів, які дозволили з'явитися життю.Джейсон Роудс, астрофізик Лабораторії реактивного руху NASA
Сконьямільйо та частина її співавторів картуватимуть темну матерію й за допомогою майбутнього телескопа Nancy Grace Roman — на площі у 4400 разів більшій за регіон COSMOS. Утім, за роздільною здатністю карти Roman не перевершать карти Webb. Детальніший погляд на темну матерію стане можливим лише з телескопом наступного покоління — концепцією Habitable Worlds Observatory.
