Уникальная методика позволила астрономам увидеть раннюю Вселенную в виде «моря света» и изучить влияние гравитации и тёмной энергии на космическую эволюцию.
Астрономы создали одну из самых точных и всеобъемлющих космических карт, когда-либо составленных, раскрывшую блестящее «море света», которое пронизывало раннюю Вселенную.
В отличие от других карт Вселенной, это трёхмерное изображение составлено из света, излучаемого одним-единственным элементом: водородом, самым простым и распространённым элементом во Вселенной. Он излучает большие количества света определённой длины волны, когда возбуждается энергией близлежащих звёзд.
Измерив этот свет на обширном участке неба, астрономы смогли увидеть, как выглядела Вселенная 9–11 миллиардов лет назад, в эпоху бурного звёздообразования.
Новое исследование, описанное в статье, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal, является частью проекта «Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment» (HETDEX) — обзора неба, цель которого — выяснить, как тёмная энергия и гравитация формируют Вселенную. Теперь исследователи могут сравнить свои модели с этими новыми данными, полученными с помощью телескопа «Хобби-Эберли» в обсерватории Макдональд в Техасе, чтобы оценить, насколько космологические модели расходятся с наблюдениями.
Увлекательный способ увидеть Вселенную во младенчестве
Когда атомы водорода подвергаются бомбардировке звёздным излучением, они возбуждаются и излучают свет Лаймана-альфа — свет с определённой длиной волны в ультрафиолетовой части электромагнитного спектра.
Массивные яркие галактики обнаружить легче, но более тусклые галактические структуры и огромные межзвёздные газовые облака, из которых формируются звёзды и галактики, до сих пор оставались в основном незамеченными.
Чтобы раскрыть море света, пронизывавшее молодой космос, исследователи использовали метод, называемый картографированием интенсивности линий, который фокусируется на характерных длинах волн, или спектральных сигнатурах, испускаемых различными элементами. Таким образом, астрономы могут использовать картографирование линий для составления карт концентрации и распределения этих конкретных элементов по всему космосу, формируя карту светящихся галактик и светящихся газовых облаков, освещённых возбуждёнными атомами водорода.
Космология — это отход от деталей
При изучении отдельных галактик, звёзд или других небесных объектов астрономы анализируют их характеристики, увеличивая масштаб. Космология же требует уменьшения масштаба. Соответственно, в рамках проекта HETDEX не проводятся наблюдения отдельных галактик, а собирается совокупный свет от всех объектов в заданной области неба. В результате астрономы могут одновременно собирать интегрированные данные от множества галактик и межгалактических газовых облаков.
«Представьте, что вы находитесь в самолёте и смотрите вниз», — сказал в своём заявлении соавтор исследования Джулиан Муньос, теоретический космолог из Техасского университета в Остине. «“Традиционный” способ проведения галактических обзоров похож на картографирование только самых ярких городов: вы узнаёте, где находятся крупные населённые пункты, но упускаете всех, кто живёт в пригородах и небольших городках. Картографирование интенсивности похоже на просмотр той же сцены через запачканное окно самолёта: вы получаете более размытое изображение, но улавливаете весь свет, а не только самые яркие точки».
В стремлении понять тёмную энергию и составить карту более 1 миллиона ярких галактик HETDEX «собрал более 600 миллионов спектров на площади неба, эквивалентной более чем 2000 полным лунам, создав беспрецедентный набор данных», — заявили исследователи в другом заявлении.
Золотой век космического картографирования
Метод картографирования, ставший возможным благодаря HETDEX, предлагает ещё один способ изучения движущих сил космологии и распределения массы во Вселенной.
«Эти новые 3D-карты позволяют нам изучать, как галактики объединяются в скопления, — сообщил Live Science по электронной почте соавтор исследования Карл Гебхардт, профессор астрофизики Техасского университета в Остине. — Причиной объединения галактик является гравитация. Таким образом, изучая свойства скоплений, мы понимаем свойства гравитации и то, какова масса существующей материи».
Рассмотрение галактических структур как единого целого имеет неоценимое значение для измерения крупномасштабных флуктуаций плотности во всём космосе с целью изучения влияния тёмной энергии — таинственной сущности, которая, по-видимому, ускоряет расширение Вселенной.
Неудивительно, что обнаружить сигналы от древних галактик сложно, «но ещё сложнее — отсеять слабый сигнал от всего остального: слабых галактик на переднем плане, шума от детектора, артефактов, создаваемых методами анализа, источников рассеянного света, таких как Луна, слабых линий поглощения/излучения от атмосферы Земли», — сообщил соавтор исследования Робин Чиардулло, профессор астрономии и астрофизики в Университете штата Пенсильвания и руководитель наблюдательной программы HETDEX.
Следующим шагом станет совершенствование методов подавления шума и отделение нужных сигналов от многочисленных астрономических и земных помех. После этого иссле��ователи смогут использовать более тусклые источники и объекты с меньшей массой в качестве индикаторов космической эволюции, что позволит более точно определить параметры гравитационных моделей.
«Hobby-Eberly — это телескоп-первопроходец, — сказал Муньос. — А с появлением новых, дополняющих его инструментов мы вступаем в золотой век картографирования космоса».
