Темная материя оказалась строителем Вселенной — миллиарды ее частиц прямо сейчас пронзают твое тело

Ученые создали самую детальную на сегодняшний день карту распределения темной материи во Вселенной и показали, как именно эта невидимая субстанция влияет на формирование звезд, галактик и, в конечном итоге, планет. Работа выполнена международной группой исследователей с участием астрономов Даремского университета в Великобритании, Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) и Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL). Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy и основаны на новых наблюдениях космического телескопа James Webb.

Темная материя не излучает свет, не отражает его и не взаимодействует с обычным веществом привычными нам способами. Мы не можем увидеть ее напрямую, но можем наблюдать ее гравитационное влияние. Именно это и позволило ученым буквально «проявить» ее на карте Вселенной.

Современная космология предполагает, что в ранней Вселенной темная и обычная материя были распределены достаточно разреженно. Однако темная материя начала скапливаться первой, образуя гравитационные «каркасы», которые затем притягивали к себе газ и пыль. В этих уплотнениях со временем начали формироваться звезды и галактики. Именно поэтому сегодня крупномасштабная структура Вселенной выглядит так, как мы ее наблюдаем, с нитями, скоплениями и пустотами между ними.

Новая карта подтверждает эту картину, но делает ее гораздо более детальной. Она показывает, что распределение видимого вещества и темной материи не случайно совпадает: обычная материя буквально «следует» за гравитационными структурами, сформированными темной материей на протяжении всей истории Вселенной.

Как объясняет один из руководителей исследования, доктор Гэвин Леруа из Института вычислительной космологии Даремского университета, полученные данные наглядно демонстрируют роль темной материи как «архитектора» космических структур. Именно она формирует каркас, на котором затем выстраиваются галактики, звезды и, в конечном итоге, условия для появления планет и жизни.

Хотя темная материя не взаимодействует с нами напрямую, она активно влияет на все через гравитацию. Миллиарды ее частиц проходят через Землю и человеческое тело каждую секунду, не оставляя следа. Но именно массивное облако темной материи, окружающее Млечный Путь, удерживает нашу галактику в целостности. Без этого гравитационного «якоря» галактический диск просто бы распался из-за вращения.

Для построения карты ученые использовали эффект гравитационного линзирования. Масса темной материи искривляет пространство-время, а вместе с ним и путь света от далеких галактик. В результате изображения этих галактик искажаются, как если бы мы смотрели на них через неровное стекло. Анализируя эти искажения, астрономы могут восстановить распределение невидимой массы.

Телескоп James Webb наблюдал участок неба в созвездии Секстанта общей площадью примерно в 2,5 раза больше, чем видимый диск полной Луны. В сумме он провел там около 255 часов наблюдений и зафиксировал почти 800 тысяч галактик, многие из которых ранее вообще не регистрировались другими инструментами.

Полученная карта содержит примерно в 10 раз больше объектов, чем аналогичные карты, созданные наземными обсерваториями, и в 2 раза больше, чем карты, полученные телескопом Hubble. Это позволило увидеть новые скопления темной материи и значительно уточнить структуру уже известных областей.

Дополнительно команда использовала прибор MIRI (Mid-Infrared Instrument) на борту Webb, который работает в среднем инфракрасном диапазоне. Он позволяет точнее определять расстояния до галактик и обнаруживать объекты, скрытые за плотными облаками космической пыли. В разработке этого инструмента участвовал и Даремский университет.

По словам доктора Дианы Сконьямильо из JPL, это самая крупная и самая четкая карта темной материи, созданная с помощью James Webb, и она в 2 раза превосходит по разрешению все предыдущие подобные проекты. Если раньше ученые видели лишь «размытое» представление о распределении темной материи, то теперь перед ними появляется детальная картина невидимого каркаса Вселенной.

В дальнейшем исследователи планируют расширить картографирование темной материи на гораздо большие области космоса с помощью телескопа Euclid Европейского космического агентства и будущего телескопа NASA Nancy Grace Roman. Это позволит глубже изучить фундаментальные свойства темной материи и понять, как ее роль менялась на разных этапах истории Вселенной.

При этом именно изученный сейчас участок неба станет базовой точкой отсчета для всех будущих карт и сравнений, своеобразным эталоном, на который будут ориентироваться следующие исследования.