Обнаружено наблюдательное доказательство того, что недостающая барионная материя находится в космической паутине

Международная команда астрономов обнаружила огромную нить горячего газа, соединяющую четыре галактических скопления, что раскрывает одну из самых неуловимых структур во Вселенной. Эта нить протянулась более чем на 23 миллиона световых лет и имеет массу примерно в десять раз больше, чем Млечный Путь.

Наблюдение, ставшее возможным благодаря космическим телескопам XMM-Newton Европейского космического агентства (ESA) и Suzaku Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), предоставляет новые доказательства в поддержку гипотезы о том, что недостающая барионная материя скрыта в нитях так называемой космической паутины.

Барионная материя составляет около 5% содержимого Вселенной, однако примерно треть её до сих пор не удавалось обнаружить в локальной Вселенной. Наиболее авторитетные космологические модели предполагают, что эта материя существует в виде горячего разреженного газа в нитях, соединяющих галактические скопления и сверхскопления. Эти структуры крайне сложно зафиксировать из-за их слабого рентгеновского излучения, которое легко заглушается светом других космических источников.

Данное исследование преодолело эту трудность благодаря комбинации двух инструментов. Suzaku зафиксировал диффузное рентгеновское излучение, исходящее от структуры, а XMM-Newton точно идентифицировал и исключил точечные источники, такие как сверхмассивные чёрные дыры, выделив таким образом сигнал самой нити. Обнаруженный газ имеет температуру свыше 10 миллионов градусов и соединяет четыре скопления в составе Сверхскопления Шепли — одной из самых плотных структур в локальной Вселенной. Полученные данные точно соответствуют симуляциям ΛCDM-модели, предоставляя одно из первых прямых наблюдательных подтверждений предсказанного распределения барионной материи.

На изображении показана фиолетовая полоса горячего газа, соединяющая четыре скопления галактик: это структура, наблюдавшаяся в рентгеновских лучах телескопом Suzaku и очищенная от загрязняющих сигналов с помощью XMM-Newton. Она представляет собой одно из мест расположения недостающей барионной материи.

Космическая паутина и скрытая материя

Распределение материи во Вселенной не является однородным: галактики объединяются в крупномасштабные структуры, такие как скопления, сверхскопления и, прежде всего, филаменты. Последние образуют трёхмерную сеть, известную как космическая паутина, которая служит своеобразной каркасной структурой Вселенной в больших масштабах. Филаменты соединяют наиболее плотные узлы, состоящие из галактических скоплений, и содержат внутри себя материю в виде ионизированного и разреженного газа, невидимого для большинства оптических телескопов.

Прямое обнаружение такого филамента — важный научный результат. Это не только подтверждает наличие барионной материи внутри этих структур, но и предоставляет эффективный наблюдательный метод для их выявления и детального изучения. Горячий газ в филаментах слабо излучает в рентгеновском диапазоне, но благодаря комбинации инструментов с разными наблюдательными возможностями его сигнал удаётся выделить из космического шума.

Наблюдаемый филамент соединяет две пары галактических скоплений в Сверхскоплении Шепли и простирается по диагонали относительно нашего местоположения. Такая конфигурация позволила астрономам получить чёткие данные о распределении и плотности газа, что соответствует теоретическим предсказаниям.

Подтверждение космологических моделей

Этот результат укрепляет стандартную космологическую модель ΛCDM, описывающую эволюцию Вселенной с момента Большого взрыва. Согласно этой модели, материя распределена в сложной сети, где доминирует тёмная материя, но присутствует и видимая барионная материя. Численные симуляции на основе ΛCDM предсказывают, что около 40% барионной материи сосредоточено в филаментах космической паутины в форме горячего разреженного газа.

Нитевидная структура состоит из горячего межгалактического газа (показанного желто-черными разводами в левом сегменте диаграммы справа) — разновидности «обычной материи», которую астрономам до сих пор было чрезвычайно сложно обнаружить.

До сих пор, однако, эти предсказания в значительной степени не имели прямых наблюдательных подтверждений из-за трудностей в обнаружении настолько слабых сигналов. Таким образом, открытие, сделанное с помощью XMM-Newton и Suzaku, представляет собой важный этап: это одно из первых наблюдений, согласующихся с крупномасштабными симуляциями.

Методология, использованная в исследовании, может быть применена и в будущем, особенно в сочетании с такими миссиями, как Euclid, которая как раз сейчас работает над составлением карты структуры Вселенной. Хотя Euclid не работает в рентгеновском диапазоне, его данные можно будет объединить с данными других телескопов, чтобы дополнить карту видимой материи. В то же время будущие рентгеновские миссии будут играть ключевую роль в дальнейшем изучении скрытой материи.

Исследование было опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysic.

Запись Обнаружено наблюдательное доказательство того, что недостающая барионная материя находится в космической паутине впервые опубликована на сайте Про технологии.