Они просто гигантские. Ученые обнаружили странные структуры в космосе, которые могут раскрыть нам устройство Вселенной

Космическая паутина

К другим находкам ученые идут очень долго.

Взять, к примеру, темную материю — один из самых загадочных компонентов космического пространства. Согласно современным оценкам, четверть нашей Вселенной занимает именно темная материя (на обычную припадает чуть менее 5%) — и это при том, что никто из исследователей до сих пор не наблюдал ее напрямую. Тем не менее мы знаем о существовании темной материи из-за ее гравитационного влияния на звезды и галактики.

Именно из темной (и обычной) материи состоит крупнейшая структура нашей Вселенной — космическая паутина. Это огромное количество нитей, в переплетении которых находятся большие галактики, а также скопления звезд и галактик.

Ее, в отличие от темной материи, ученым даже удалось понаблюдать. В 2014 году американо-немецкая команда астрофизиков обнаружила космическую паутину благодаря квазару, подсветившему часть этой огромной структуры, состоящую из обычной материи. Ученые обнаружили что свет, исходящий от газа барионной материи, был в десять раз ярче, чем предполагали ученые.

В 2017 году другая команда ученых также смогла обнаружить еще одну такую нить — она проходила между парой квазаров, которые и подсветили ее.

Однако в целом космическая паутина остается загадочной структурой, о которой мы практически ничего не знаем, несмотря на ее важную роль для Вселенной.

Поиск ключа к загадке

Находка, сделанная международной командой ученых под руководством астрофизика Гамбургского университета Вирджинии Кучити, может подсказать нам направление движения, чтобы все-таки решить загадку космической паутины.

Они обнаружили четыре огромных мегагало, которые, предположительно, находятся в середине гигантских галактических скоплений. Они постоянно испускают в окружающий космос радиоизлучение, по которому их и обнаружили. Свои находки исследователи описали в журнале Nature.

Эти четыре мегагало похожи на обычные галактические гало, которые существуют внутри каждой галактики. Это чрезвычайно яркие структуры, состоящие с разреженного горячего газа, звезд и электронов, которые движутся на околосветовых скоростях. Однако мегагало оказалось в 30 раз больше и одновременно в 20 раз тусклее.

Ученые просканировали сотни далеких галактических скоплений с помощью сети радиотелескопов LOFAR, которая разбросана по семи странам Европы. Это один из самых чувствительных радиотелескопов, который есть в распоряжении человечества, и, по словам Кучити, именно их мощность позволила ученым провести исследование и обнаружить эти неизвестные до сих пор мегаструктуры.

Подобные скопления содержат в себе десятки, сотни, а иногда и тысячи галактик. Гравитационные взаимодействия между каждой из них делают такие места самыми сложными, хаотичными и одновременно одними из самых ярких пространств во Вселенной — некоторые из скоплений можно увидеть в телескопы с Земли, несмотря на разделяющее нас расстояние. Мы мало что знаем о внутренней части этих скоплений — из чего они состоят и какие процессы там происходят. Однако в теории ключ к пониманию структуры космической паутины спрятан где-то там.

В своей работе ученые отмечают: открытые ими структуры показывают, что сверхбыстрые элементарные частицы существуют не только в гало, но и могут быть распространены в целом по всей структуре галактики.

На самом деле исследователи так и предполагали — прежние моделирования не раз показывали присутствие электронов, движение которых зависит от магнитного поля. Однако что именно провоцирует мощное низкочастотное радиоизлучение, зафиксированное LOFAR, до сих пор загадка.

Кучити отмечает, что изначально они обнаружили масштабное радиоизлучение, исходящее от одного из скоплений. Тогда они решили проверить 310 остальных скоплений из их выборки, которые они изучали безуспешно ранее в поисках похожих сигналов. «Когда мы обнаружили, что три других скопления этой выборки показали излучение в аналогичных масштабах и с аналогичными характеристиками, стало ясно, что мы открыли новый тип космического явления, открывающего возможность исследовать внешнюю область скоплений галактик с помощью радионаблюдений», — рассказывает астрофизик.

Оказалось, что источники радиоизлучения находятся в центре многих изученных галактических скоплений. Во время слияния галактик, электроны получают дополнительный «толчок», постепенно формируя мощные структуры, которые и заметили ученые. Кроме того, обнаруженные мегагало намекают на то, что они зарождаются вследствие других процессов, которые связаны с рассеиванием гравитационной энергии внутри скопления.

Чтобы выяснить, что это за процессы, необходимы еще более чувствительные радиотелескопы. По словам Кучити, дальнейшее обновление телескопов LOFAR «позволит нам достичь чувствительности, необходимой для ответа на этот вопрос».

Сейчас же, обладая большим количеством информации о внешних областях галактических скоплений, ученые могут строить на ее основании новые модели. «Мы планируем большую кампанию космологических симуляций, направленных на воспроизведение присутствия и свойств мегагало», — говорит Кучити.

Понимание, как устроены скопления галактик позволит нам узнать больше о космической паутине. Мегагало могут стать такими же «фонарями», как квазары и подсветить то, что мы не видим сейчас. Благодаря им ученые надеются понять, как движется энергия во время формирования самых больших космологических структур, а также выяснить, как именно такие скопления появлялись на протяжении истории Вселенной.

«Это золотой век радиоастрономии. LOFAR охватывает самые низкие радиочастоты, которые мы можем наблюдать с Земли. Результат нашей работы — это лишь одно из открытий, сделанных с тех пор, как астрономы начали исследовать эту новую территорию», — обїясняет ученая.

Вскоре завершится строительство самого чувствительного и крупнейшего в мире радиотелескопа — Square Kilometre Array (SKA, Радиоантенна площадью в Квадратный Километр). Ожидается, что он приступит к работе в 2027 году. Именно с его помощью астрофизики смогут заглянуть «внутрь» галактик и изучить загадочные мегаструктуры, которые спрятаны там.