Новая карта тёмной материи от телескопа Уэбб

Космический телескопа Джеймса Уэбба (или просто Уэбб) обладает беспрецедентной чувствительностью, что позволяет расширять наши знания о влиянии тёмной материи на звёзды, галактики и даже планеты, такие как Земля.

Используя полученные данные, учёные создали одну из самых подробных карт тёмной материи с высоким разрешением. Она показывает, как невидимое, призрачное вещество перекрывается и переплетается с обычной материей - веществом, из которого состоят звёзды, галактики и всё, что мы наблюдаем во Вселенной.

Эта карта опубликована 26 января в журнале Nature Astronomy, она основывается на предыдущих исследованиях и раскрывает новые подробности о том, как тёмная материя формировала крупномасштабные структуры Вселенной - скопления галактик диаметром в миллионы световых лет.

"Это самая большая карта тёмной материи, которую мы создали с помощью телескопа Уэбб, и она вдвое чётче любой карты тёмной материи, полученной с помощью других обсерваторий, - говорит Диана Сконьямильо, ведущий автор статьи и астрофизик из Лаборатории реактивного движения НАСА. - Ранее мы видели размытое изображение тёмной материи. Теперь, благодаря невероятному разрешению телескопа Уэбб, мы смотрим на невидимый каркас Вселенной в потрясающих деталях".


Тёмная материя не излучает, не отражает, не поглощает и даже не блокирует свет, и она проходит сквозь обычную материю, как призрак.
Но она взаимодействует с объектами во Вселенной посредством гравитации, и карта демонстрирует это с новым уровнем наглядности.
Доказательством этого взаимодействия является степень перекрытия тёмной материи и обычной материи.
По мнению авторов статьи, наблюдения Уэбба подтверждают, что это тесное взаимодействие не может быть случайностью, а скорее обусловлено тем, что гравитация тёмной материи притягивает к себе обычную материю на протяжении всей космической истории.

"Везде, где мы видим большое скопление из тысяч галактик, мы также наблюдаем столь же огромное количество тёмной материи в том же месте. И когда мы видим тонкую цепочку обычной материи, соединяющую два таких скопления, там же находится и цепочка тёмной материи, - объясняет Ричард Масси, астрофизик из Даремского университета в Великобритании и соавтор нового исследования. - Дело не только в том, что они имеют одинаковую форму. Эта карта показывает нам, что тёмная и обычная материи всегда находились в одном и том же месте. У них совместная эволюция".


Более детальный взгляд


Область, запечатлённая на новой карте, находится в созвездии Секстанта и представляет собой участок неба, примерно в 2,5 раза превышающий размер полной Луны.
Глобальное сообщество учёных наблюдало за этим регионом с помощью как минимум 15 наземных и космических телескопов в рамках проекта Cosmic Evolution Survey (COSMOS, пер. - Обзор космической эволюции).
Их целью было точно измерить местоположение обычной материи в этой области и сравнить его с местоположением тёмной материи. Первая карта тёмной материи в этом регионе была создана в 2007 году с использованием данных от космического телескопа Хаббл.

Телескоп Уэбб наблюдал за этим участком неба в общей сложности около 255 часов и идентифицировал почти 800 000 галактик, и некоторые из них были обнаружены впервые.
Затем Сконьямильо и её коллеги занимались поисками тёмной материи, наблюдая, как её масса искривляет само пространство, что, в свою очередь, искривляет свет, идущий к Земле от далёких галактик. При наблюдении это выглядит так, как будто свет от этих галактик проходит через изогнутое оконное стекло.

Карта, полученная телескопом Уэбб, содержит примерно в 10 раз больше галактик, чем карты этой области, созданные наземными обсерваториями, и в два раза больше, чем обнаружил телескоп Хаббл. Она выявляет новые скопления тёмной материи и позволяет получить более детальное изображение областей, ранее наблюдавшихся Хабблом.

Для уточнения измерений расстояния до большинства галактик команда учёных использовала прибор среднего инфракрасного спектра (MIRI) телескопа Уэбб, а также другие космические и наземные телескопы.
Длины волн, которые детектирует MIRI, позволяют ему эффективно обнаруживать галактики, скрытые облаками космической пыли.


Почему это важно


Когда зародилась Вселенная, обычная и тёмная материя, вероятно, были распределены неравномерно.
Учёные считают, что тёмная материя начала сгущаться, а затем эти сгустки притягивали обычную материю, создав области с достаточным количеством вещества для начала формирования звёзд и галактик.

Таким образом, тёмная материя определила крупномасштабное распределение галактик во Вселенной. И стимулировала начало формирования галактик и звёзд, что создало условия для последующего образования планет.
Это произошло потому, что первые поколения звёзд были ответственны за превращение водорода и гелия, которые составляли подавляющее большинство атомов в ранней Вселенной, в обширный набор элементов, из которых сейчас состоят такие планеты, как Земля.
Другими словами, тёмная материя ускорила формирование сложных планет.

И без тёмной материи в нашей галактике, по словам учёных, возможно, не было бы элементов, которые позволили возникнуть жизни.


Группа исследователей также планирует составить карту тёмной материи с помощью будущего космического телескоп Нэнси Грейс Роман с областью охвата, в 4400 раз превышающей обзор проекта COSMOS.
Основные научные цели проекта Роман включают в себя изучение фундаментальных свойств тёмной материи и того, как они могли эволюционировать за время истории Вселенной.
Однако возможности телескопа Грейс Роман не смогут превзойти пространственное разрешение телескопа Уэбб.
Более детальное изучение тёмной материи станет возможным только с помощью телескопа следующего поколения, такого как Обсерватория обитаемых миров (Habitable Worlds Observatory), флагманский проект НАСА в области астрофизики.




На изображении запечатлено почти 800 000 галактик, и на него наложена карта темной материи, представленная синим цветом.
Исследователи использовали данные телескопа Уэбб, чтобы обнаружить невидимое вещество по его гравитационному влиянию на обычную материю.




(На основе материалов с официального сайта НАСА)