7000 скупчень галактик, що ховаються на виду

Як можна виміряти те, що не видно, заховане в світлі, яке майже таке ж старе, як і сам Всесвіт? Команда фізиків з Лабораторії Аргонн опублікувала відповідь у вигляді каталогу, що містить понад сім тисяч скупчень галактик, створеного на основі п'ятирічних спостережень Південним полярним телескопом.

Скупчення галактик є найбільшими структурами у Всесвіті, які утримуються разом гравітацією, містячи сотні або навіть тисячі галактик, пов'язаних з гарячим газом та величезними кількостями темної матерії. Оскільки вони знаходяться на верхньому рівні шкали розмірів, вони слугують чутливими зондами для перевірки наших ідей про темну матерію, темну енергію та спосіб, яким структура у Всесвіті зростала протягом мільярдів років.

Карта температури космічного мікрохвильового фону, виміряна космічним апаратом Планк (Кредит: ESA та співпраця Планк)

Новий каталог походить з експерименту SPT 3G, який використовує камеру, модернізовану у 2017 році, з шістнадцятьма тисячами детекторів, створених в Аргонн, встановлених на Південному полярному телескопі на станції Амундсена-Скотта в Антарктиді. Замість того, щоб безпосередньо фотографувати галактики, команда шукала тонку деформацію в космічному мікрохвильовому фоні, слабкому світлі, що залишилося після Великого вибуху. Коли це давнє світло проходить через скупчення галактик, високоенергетичні частинки всередині скупчення залишають свій слід на ньому, ефект, названий на честь фізиків Суньяєва та Зельдовича. В результаті кожне скупчення виглядає як тінь, що падає на найстаріше світло у Всесвіті.

Охоплюючи приблизно чотири відсотки неба, дослідження виявило 8892 кандидатів на скупчення, з яких 7190 були підтверджені за допомогою оптичних та інфрачервоних даних з Дослідження темної енергії. Приблизно п'ята частина з них ніколи не з'являлася в жодному попередньому каталозі, а для двох третин повного зразка це вперше, коли їх гарячий газ був виявлений взагалі. Деякі з цих систем датуються більш ніж 7,8 мільярдами років, що пропонує погляд на космічну структуру, коли Всесвіт ще був відносно молодим.

Ліндсі Блім, фізик з Аргонна, яка очолила дослідження, описала результати як відкриття дійсно нового вікна у давній Всесвіт, а каталог назвала важливим етапом для всієї галузі космології скупчень, що, ймовірно, стане основою для багатьох подальших досліджень у найближчі роки. Не менш цінним є скромна, непомітна робота, що стоїть за цими цифрами. Уважна валідація, значна частина якої була проведена аспіранткою Чиказького університету Кейлою Корнельє, надає іншим дослідникам впевненість у тому, що ці виявлення є реальними та надійними, а не статистичним шумом.

Це нове зображення Хаббла показує скупчення галактик Abell 1689. Воно поєднує як видимі, так і інфрачервоні дані з Просвітницької камери Хаббла (ACS) з загальним часом експозиції понад 34 години (зображення зліва понад 13 годин, зображення справа понад 20 годин), щоб показати цю ділянку неба в більшій та вражаючій деталізації, ніж у попередніх спостереженнях (Кредит: ESA/Hubble)

Каталог також виявив дещо несподіване щодо самих скупчень — помітне зростання емісії, пов'язаної з пилом, у минулому, що натякає на те, як активність зіркоутворення навколо цих гігантських систем змінилася з віком Всесвіту.

З майбутніми оглядами з обсерваторії Вера Рубін у Чилі та місії Європейського космічного агентства Euclid, які готові додати подальші підтвердження, цей каталог виглядає не як завершення, а як початок нової глави, обіцяючи уточнити наше уявлення про те, як Всесвіт зростав у величезну, скупчену структуру, яку ми спостерігаємо сьогодні.