На долю обычного (барионного) вещества приходится лишь около одной шестой части всей материи в космосе. Подавляющий объем составляет темная материя — субстанция, которая не взаимодействует со светом, но создает гравитационный фундамент Вселенной, диктуя условия формирования галактик и их масштабных скоплений. Несмотря на определяющую роль в эволюции мироздания, темная материя остается невидимой, и изучать ее распределение ученым приходится исключительно косвенными методами.
Наиболее репрезентативным из таких способов является слабое гравитационное линзирование. Суть эффекта заключается в едва заметном искажении изображений далеких галактик под воздействием гравитационного поля материи, расположенной на пути луча к Земле. Поскольку эти деформации крайне малы, для извлечения полезного сигнала требуется статистическая обработка форм сотен объектов. В рамках нового исследования астрономы проанализировали данные обзора COSMOS-Web, полученные камерой NIRCam телескопа «Джеймс Уэбб» в инфракрасном спектре на участке неба площадью 0,54 квадратного градуса.
Для реконструкции карты «сходимости линзирования» — параметра, отражающего проекционную плотность массы, — были тщательно измерены формы 129 галактик на каждую квадратную угловую минуту. Обработка велась с применением алгоритма многомасштабной фильтрации MRLens.
Источник: NASA / STScI / J. DePasquale / A. Pagan
Ранее подобные структуры визуализировались с помощью наземных обсерваторий и телескопа «Хаббл» (HST), однако их точность была ограничена. Земная атмосфера неизбежно размывает детали, а «Хаббл» мог зафиксировать в среднем лишь 71 галактику на квадратную угловую минуту, что не позволяло достичь высокой четкости на больших дистанциях. «Джеймс Уэбб» фактически удвоил этот показатель, обеспечив угловое разрешение карты масс на уровне 1,00 ± 0,01 угловой минуты — результат, вдвое превосходящий достижения HST.
Беспрецедентная чувствительность JWST открыла новые возможности для наблюдений на высоких красных смещениях. Пик эффективности линзирования для «Уэбба» приходится на z = 0,38, тогда как для «Хаббла» этот показатель составляет z = 0,34, а для наземного проекта HSC — z = 0,30. При медианном красном смещении выборки около 1,15, новый телескоп в два раза чувствительнее к космическим структурам, чем HST, и на порядок превосходит лучшие наземные инструменты. Это позволило впервые детально рассмотреть распределение массы на промежуточных и малых масштабах.
Источник: Scognamiglio, D., Leroy, G., Harvey, D. et al.
Анализ полученной карты выявил разветвленную сеть протяженных нитевидных структур, соединяющих массивные узлы — галактические скопления. Эти образования являются филаментами темной материи, составляющими «космическую паутину», предсказанную стандартной космологической моделью ΛCDM. Если прошлые исследования давали лишь намеки на их существование, то данные JWST обеспечили их уверенную визуализацию. Достоверность метода подтверждается тем, что все 15 известных скоплений, фиксируемых рентгеновскими обсерваториями XMM-Newton и Chandra, проявились на новой карте с высоким соотношением сигнал/шум, в то время как «Хаббл» смог однозначно подтвердить лишь 8 из них.
Кроме того, ученые зафиксировали четкую пространственную корреляцию между различными компонентами космической структуры. Пики плотности на карте линзирования совпадают с областями интенсивного рентгеновского свечения горячего газа и зонами повышенной концентрации галактик. Это прямое доказательство того, что темная и барионная материя распределены согласованно. Новые данные позволяют отслеживать не только массивные центры, но и тонкие диффузные «мосты», связывающие их в единую сеть.
Высокая проницающая способность телескопа позволила идентифицировать и более удаленные объекты. В частности, обнаружены концентрации массы, соответствующие рентгеновским источникам при z > 0,9. Карта дает возможность анализировать распределение вещества вплоть до z ≈ 2, а наиболее далекая уверенно зафиксированная структура находится на отметке z ≈ 1,1. Это открывает путь к детальному изучению окружения галактик в эпоху «космического полудня» (1 < z < 2) — периода самого активного звездообразования в истории Вселенной.
Исследователи отмечают, что созданная карта устанавливает новые критерии для проверки космологических теорий. Она накладывает прямые ограничения на процессы роста гало темной материи и механизмы формирования крупномасштабных структур. В будущем подобные наблюдения позволят перейти к полноценной трехмерной томографии скрытой массы, связав эволюцию космической паутины с жизненным циклом отдельных галактик на протяжении миллиардов лет.
Источник: iXBT
