Відлуння Великого вибуху: вчені знайшли тисячі прихованих галактик за їхніми тінями

Антарктичний телескоп зробив безпрецедентне відкриття про еволюцію Всесвіту / © Unsplash

Масштабне дослідження антарктичного неба дозволило астрономам виявити понад сім тисяч скупчень галактик, створивши одну з найдетальніших космічних карт в історії людства. Завдяки надчутливому обладнанню дослідники змогли успішно зафіксувати найдавніші гравітаційні структури, світло від яких подорожувало до нашої планети майже вісім мільярдів років.

Про це пише видання Daily Galaxy.

П’ять років спостережень та рекордний каталог

Новий опублікований каталог став результатом п’ятирічних безперервних спостережень за допомогою Південнополярного телескопа, що розташований на антарктичній станції Амундсен-Скотт Національного наукового фонду США. Оснащена надзвичайно чутливою камерою під назвою SPT-3G, ця установка детально дослідила близько 1600 квадратних градусів неба, що дорівнює приблизно чотирьом відсоткам усієї небесної сфери. Спочатку фахівці виділили 8892 потенційних кандидатів, після чого завдяки ретельним оптичним та інфрачервоним перевіркам успішно підтвердили існування 7190 реальних систем.

Отриманий результат є безпрецедентним не лише через свої гігантські масштаби, але й завдяки обсягу абсолютно нової інформації. Близько двадцяти відсотків підтверджених скупчень взагалі не фігурують у жодному з попередніх астрономічних каталогів. Крім того, для 4824 об’єктів науковці вперше в історії зафіксували компонент гарячого газу, що дає астрофізикам унікальний набір даних для вивчення великомасштабної структури космосу. Цей масив інформації дозволяє зазирнути надзвичайно глибоко в історію, адже каталог включає майже 1800 систем, чиє світло мандрувало Всесвітом понад 7,8 мільярда років.

«Наш аналіз спирається на феноменально глибокі дані про реліктове випромінювання від SPT-3G, щоб відкрити нове вікно у стародавній Всесвіт. Цей каталог стане основою для багатьох досліджень на довгі роки», — наголосила провідна авторка дослідження, фізикиня Аргоннської національної лабораторії та старша наукова співробітниця Інституту космологічної фізики Кавлі при Чиказькому університеті Ліндсі Блім.

Реліктове випромінювання та ефект тіні

На відміну від традиційних оптичних оглядів, які шукають галактики напряму, цей революційний проєкт спирається на космічне мікрохвильове фонове випромінювання — слабке радіаційне відлуння, що залишилося після Великого вибуху. Коли це прадавнє світло проходить крізь масивні галактичні скупчення, високоенергетичні електрони всередині них мінімально змінюють мікрохвильовий сигнал через так званий ефект Сюняєва-Зельдовича. Ці непомітні спотворення виглядають як бліді тіні на космічному фоні, що дозволяє вченим знаходити об’єкти навіть тоді, коли вони надто віддалені або занадто тьмяні для спостереження у видимому спектрі.

Модернізований інструмент телескопа, який налічує близько шістнадцяти тисяч високоточних детекторів, забезпечує необхідну чутливість для вимірювання цих крихітних радіаційних змін із безпрецедентною точністю. Завдяки винятковій глибині сканування дослідники тепер здатні виявляти структури, які раніше залишалися абсолютно невидимими, формуючи чіткішу картину збирання масивних об’єктів протягом усієї космічної історії. Дані вже опубліковані на платформі arXiv, що робить їх миттєво доступними для всієї наукової спільноти.

«Створення такого каталогу вимагає ретельної перевірки за лаштунками. Значна частина нашої роботи полягала в тому, щоб переконатися в надійності виявлених об’єктів, аби цю вибірку можна було впевнено використовувати в майбутніх космологічних дослідженнях», — пояснила аспірантка Чиказького університету, яка працює в Аргоннській національній лабораторії, Кайла Корноельє.

Еволюція структур та майбутні місії

Галактичні скупчення належать до найбільших гравітаційно пов’язаних об’єктів у нашому Всесвіті. Вони містять сотні чи навіть тисячі окремих галактик, які буквально занурені у гігантські резервуари гарячого газу та колосальні скупчення темної матерії. Оскільки їхня кількість змінювалася з плином космічного часу, ці об’єкти слугують неймовірно потужними індикаторами для тестування моделей розширення Всесвіту та вивчення загадкового впливу темної енергії. Учені вже помітили значне збільшення викидів космічного пилу з цих середовищ у ранні епохи, що дає нові фундаментальні підказки про процеси зореутворення в щільних регіонах.

У найближчому майбутньому цей унікальний антарктичний каталог стане ще ціннішим завдяки запуску нових глобальних телескопічних проєктів. Наступні наукові ініціативи, такі як «Огляд простору і часу» на базі сучасної обсерваторії Віри Рубін у Чилі, а також місія Euclid від Європейського космічного агентства, нададуть додаткові оптичні спостереження. Вони допоможуть підтвердити існування ще більш віддалених систем, знайдених антарктичною камерою.

«За допомогою вибірки кластерів SPT-3G ми зможемо дослідити еволюцію формування космічних структур за останні десять мільярдів років», — підсумував старший науковий співробітник обсерваторії Мюнхенського університету Людвіга-Максиміліана та учасник колаборації Південнополярного телескопа Себастьян Боке.