Вони просто величезні. Науковці виявили дивні структури в космосі, які можуть розкрити нам будову Всесвіту

Космічна павутина

До інших знахідок науковці рухаються дуже довго.

Взяти, наприклад, темну матерію — один із найзагадковіших компонентів космічного простору. Згідно із сучасними оцінками, чверть нашого Всесвіту займає саме темна матерія (на звичайну припадає трохи менше 5%) — і це при тому, що ніхто з дослідників досі безпосередньо її не спостерігав. Проте ми знаємо про існування темної матерії через її гравітаційний вплив на зірки та галактики.

Саме з темної (і звичайної) матерії складається найбільша структура нашого Всесвіту — космічна павутина. Це величезна кількість ниток, у переплетенні яких знаходяться великі галактики, а також скупчення зірок та галактик.

Її, на відміну від темної матерії, вченим навіть вдалося спостерігати. У 2014 році американо-німецька команда астрофізиків виявила космічну павутину завдяки квазару, який підсвітив частину цієї величезної структури, що складається зі звичайної матерії. Науковці виявили, що світло, яке виходить від газу баріонної матерії, було в десять разів яскравіше, ніж вважали вчені.

У 2017 році інша команда вчених також спромоглася виявити ще одну таку нитку — вона проходила між парою квазарів, які й підсвітили її.

Проте в цілому космічна павутина залишається загадковою структурою, про яку ми практично нічого не знаємо, незважаючи на її важливу роль для Всесвіту.

Пошук ключа до загадки

Знахідка, зроблена міжнародною командою вчених під керівництвом астрофізика Гамбурзького університету Вірджинії Кучіті, може підказати нам напрямок руху, щоб таки вирішити загадку космічного павутиння.

Вони виявили чотири величезні мегагало, які, ймовірно, знаходяться в середині гігантських галактичних скупчень. Вони постійно випускають у навколишній космос радіовипромінювання, за яким їх і виявили. Свої знахідки дослідники описали в журналі Nature.

Ці чотири мегагало схожі на звичайні галактичні гало, які існують усередині кожної галактики. Це надзвичайно яскраві структури, які складаються з розрідженого гарячого газу, зірок та електронів, що рухаються на навколосвітніх швидкостях. Однак мегагало виявилося в 30 разів більшим і водночас у 20 разів тьмянішим.

Науковці просканували сотні далеких галактичних скупчень за допомогою мережі радіотелескопів LOFAR, розкиданої по семи країнах Європи. Це один із найчутливіших радіотелескопів, який є у розпорядженні людства і, за словами Кучіті, саме їхня потужність дозволила вченим провести дослідження та виявити ці наразі невідомі мегаструктури.

Подібні скупчення містять у собі десятки, сотні, а іноді й тисячі галактик. Гравітаційні взаємодії між кожною з них роблять такі місця найскладнішими, хаотичними і одночасно одними з найяскравіших просторів у Всесвіті — деякі зі скупчень можна побачити в телескопи з Землі, незважаючи на відстань, що розділяє нас. Ми мало знаємо про внутрішню частину цих скупчень — з чого вони складаються і, які там відбуваються процеси. Однак у теорії ключ до розуміння структури космічного павутиння прихований десь там.

У своїй роботі вчені зазначають: відкриті ними структури показують, що надшвидкі елементарні частинки існують у гало, але й можуть бути поширені загалом у всій структурі галактики.

Насправді дослідники так і вважали — колишні моделювання неодноразово показували присутність електронів, рух яких залежить від магнітного поля. Однак, що саме провокує потужне низькочастотне радіовипромінювання, зафіксоване LOFAR, досі загадка.

Кучіті зазначає, що спочатку вони виявили масштабне радіовипромінювання, що надходить від одного зі скупчень. Тоді вони вирішили перевірити 310 інших скупчень з їхньої вибірки, які вони вивчали безуспішно раніше у пошуках схожих сигналів. «Коли ми виявили, що три інші скупчення цієї вибірки показали випромінювання в аналогічних масштабах і з аналогічними характеристиками, стало зрозуміло, що ми відкрили новий тип космічного явища, який відкриває можливість досліджувати зовнішню область скупчень галактик за допомогою радіоспостережень», — розповідає астрофізик.

Виявилося, що джерела радіовипромінювання перебувають у центрі багатьох вивчених галактичних скупчень. Під час злиття галактик електрони отримують додатковий «поштовх», поступово формуючи потужні структури, які і помітили вчені. Крім того, виявлені мегагало натякають на те, що вони зароджуються внаслідок інших процесів, пов’язаних з розсіюванням гравітаційної енергії всередині скупчення.

Аби з’ясувати, що це за процеси, потрібні ще більш чутливі радіотелескопи. За словами Кучіті, подальше оновлення телескопів LOFAR «дозволить нам досягти чутливості, необхідної відповіді на це питання».

Зараз, володіючи великою кількістю інформації про зовнішні сфери галактичних скупчень, вчені можуть будувати на її основі нові моделі. «Ми плануємо велику кампанію космологічних симуляцій, спрямованих на відтворення присутності та властивостей мегагало», — говорить Кучіті.

Розуміння того, як влаштовані скупчення галактик, дозволить нам дізнатися більше про космічну павутину. Мегагало можуть стати такими ж «ліхтарями», як квазари, та підсвітити те, що ми не бачимо зараз. Завдяки їм науковці сподіваються зрозуміти, як рухається енергія під час формування найбільших космологічних структур, а також з’ясувати, як саме такі скупчення з’являлися протягом історії Всесвіту.

«Це золоте століття радіоастрономії. LOFAR охоплює найнижчі радіочастоти, які ми можемо спостерігати із Землі. Результат нашої роботи — це лише одне з відкриттів, зроблених відколи астрономи почали досліджувати цю нову територію», — пояснює вчена.

Незабаром завершиться будівництво найчутливішого та найбільшого у світі радіотелескопа — Square Kilometre Array (SKA, Радіоантена площею в квадратний кілометр). Очікується, що він розпочне роботу в 2027 році. Саме з його допомогою астрофізики зможуть зазирнути «всередину» галактик і вивчити загадкові мегаструктури, які там приховані.