Астрономія
Астрономія

Астрономи отримали перше пряме зображення випромінювання космічних філаментів

Дослідники зафіксували дифузне випромінювання водню в ранньому Всесвіті, що вказуює на філаменти космічного павутиння у масштабах 2.5−4 мегапарсек (більше 8 мільйонів світлових років). Крім того, знахідка дозволила виявити велику популяцію галактик у цих філаментах. Стаття про це надрукована у журналі Astronomy & Astrophysics.

Блакитним виділено один із зафіксованих філаментів. Його зображення об’єднали із зображенням Hubble Ultra-Deep Field. Ця ділянка завдовжки 15 мільйонів світлових років розташована у сузір’ї Піч. Roland Bacon, David Mary, ESO, NASA

Блакитним виділено один із зафіксованих філаментів. Його зображення об’єднали із зображенням Hubble Ultra-Deep Field. Ця ділянка завдовжки 15 мільйонів світлових років розташована у сузір’ї Піч. Roland Bacon, David Mary, ESO, NASA

Що відомо про космічні філаменти?

Сучасні теорії передбачають, що більша частина газу в міжгалактичному середовищі формує так зване космічне павутиння. Воно складається з неоднорідних газових філаментів, які з'єднують галактики на великих мегапарсекових масштабах. Ці філаменти живлять циркумгалактичне середовище — заповнений газом регіон, який оточує галактики поза їхніми дисками. Він відповідає за регулювання газообміну між галактиками і навколишнім міжгалактичним середовищем. Очікується, що складна взаємодія між падінням газу з філаментів через циркумгалактичне середовище та викидами речовини у процесах зворотного зв'язку регулює ріст галактик протягом космічного часу.

Космологічна симуляція Всесвіту на великих масштабах. Jeremy Blaizot / projet SPHINX

Космологічна симуляція Всесвіту на великих масштабах. Jeremy Blaizot / projet SPHINX

Міжгалактичне середовище досліджується в основному за допомогою спектроскопії ліній поглинання нейтрального водню, коли крізь міжгалактичний газ проходить світло фонових яскравих квазарів. Однак отримати детальне зображення філаментів у такий спосіб не вдавалося, оскільки ця інформація обмежена видимістю газу лише на фоні джерела. До того ж, низька густина достатньо яскравих фонових джерел перешкоджає вивченню космічної павутини на масштабах менше кількох мегапарсек. Передбачається, що водень у філаментах також випромінює за рахунок флуоресценції під впливом ультрафіолетового фону. Однак низька інтенсивність цього фону призводить до очікуваної низької поверхневої яскравості випромінювання філаментів, тож воно лишалося незафіксованим.

Яке дослідження провели вчені?

Астрономи вирішили подолати це обмеження та зафіксувати флуоресценцію водню у космічних філаментах. Для цього вони обрали регіони, у яких існують іонізуючі джерела, такі як яскраві квазари і галактики з активним зореутворенням. Вони мають посилити випромінювання водню до рівня, коли його можливо зафіксувати. Зокрема, вчені дослідили ділянку неба Hubble Ultra-Deep Field. Цю область знімав «Габбл», отримавши в результаті зображення тисяч галактик різного віку. Астрономи проаналізували її за допомогою інструмента MUSE, встановленого на Дуже великому телескопі (Very Large Telescope) Європейської південної обсерваторії.

Що показали результати?

Астрономи вперше виявили випромінювання нейтрального водню в космічних філаментах. Виявилося, що флуоресценція, яка забезпечується космічним ультрафіолетовим фоном, може становити лише менше 34% цього випромінювання при значенні червоного зсуву z ≈ 3 і не більше 10% при вищому червоному зсуві. Таким чином, вчені встановили, що більша частина цього випромінювання походить від галактик, розташованих у філаментах. Приблизно 67% таких джерел мають видимі аналоги на зображенні, зробленому «Габблом». Це молоді галактики з низькою масою (близько 140 мільйонів сонячних мас), у яких відбувається зореутворення. Решту з них не видно на зображенні «Габбла», адже ці галактики занадто тьмяні. Таким чином, ці спостереження дозволили вперше виявити не лише космічну павутину завдяки випромінюванню нейтрального водню в філаментах, але і велику популяцію галактик з наднизькою яскравістю при високому червоному зсуві.

червоного зсуву
Випромінювання, створене віддаленими об’єктами, змінює довжину своїх хвиль внаслідок прискореного розширення Всесвіту. Таке явище отримало назву червоного зсуву. Чим більше його значення, тим далі у просторі та часі знаходиться об’єкт