По мнению ученых, Космическая паутина сформировалась на очень ранних этапах истории Вселенной. Ранний этап формирования паутины происходил нестабильно и неоднородно, что впоследствии помогло образованию всего того, что сейчас имеется во Вселенной. Считается, что «нити» этой паутины сыграли большую роль в эволюции Вселенной, благодаря которым эта эволюция ускорилась. Галактики, находящиеся внутри этих нитей, имеют существенно более высокий показатель звездообразования. Кроме того, эти нити являются своего рода мостиком для гравитационного взаимодействия между галактиками. После своего формирования в этих нитях, галактики направляются к галактическим скоплениям, где в итоге со временем умирают.

Только недавно ученые начали понимать, чем же на самом деле является эта Космическая паутина. Более того, они даже обнаружили ее присутствие в излучении исследуемого ими далекого квазара. Квазары, как известно, являются самыми яркими объектами Вселенной. Свет одного из них направился прямиком к одной из нитей, что разогрело находящиеся в ней газы и заставило их светиться. На основе этих наблюдений ученые провели нити между другими галактиками, составив тем самым картинку «скелета космоса».

Космическая паутина (или тёмная паутина, не путать с Даркнет) – нити из тёмной материи в межгалактическом пространстве и образуемая ими структура. Вдоль этих нитей также концентрируется «обычное» (барионное) вещество. Существование космической паутины было предсказано теоретически, и она позже наблюдалась по крайней мере в двух случаях.

В 2014 году была опубликована работа исследователей, которым удалось пронаблюдать нить космической паутины на большом космологическом расстоянии (z=2.3), «подсвеченную» квазаром (разумеется, непосредственно наблюдалась «обычная» материя). По непонятной причине паутина оказалась в примерно десять раз «толще» (тяжелее), чем предполагалось теоретически.

В 2017 году исследователи не только обнаружили тем же методом «по подсветке квазаром» нити космической паутины (но в данном исследовании использовался поиск подходящих пар квазаров, а не подсветка одним, как в предыдущем), но и обнаружили ее «волны». Вероятно, эти колебания остались от времен образования Вселенной.

По современным представлениям, лишь около 5% Вселенной составляет наша обычная материя, состоящая из протонов, нейтронов и электронов. Остальная часть приходится на темную материю (23%) и темную энергию (72%). Но как ни малы эти 5%, все равно львиная их доля остается недоступной для наблюдения.

Считается, что вся обычная (барионная) материя во Вселенной на очень крупном масштабе (сотни парсек) распределяется в структуру, напоминающую гигантскую паутину. Плотные узлы ее формируют кластеры галактик, самые большие объекты мироздания. А нити этой паутины образуются колоссальными волокнами разреженного газа. Около 10-ти лет назад было сделано предположение о том, что больше половины нашей «обычной», построенной из атомов материи приходится не на массивные звезды и галактики, а именно на этот разреженный газ, заполняющий обширные пустоты между ними. Однако все это – теоретические выкладки, и до сих пор обнаружить нити этой вселенской паутины из-за их крайне малой плотности не удавалось.

Однако из теории вытекало, что в некоторых областях газ этот разогрет до довольно значительных температур, вполне достаточных для того, чтобы излучать в рентгеновской части спектра. Эту гипотезу и проверила международная группа астрономов, воспользовавшись работающей на орбите рентгеновской обсерваторией XMM-Newton. Они сумели, наконец, снять «раскаленные» фрагменты этих газовых волокон, изучая пару галактических кластеров Abell 222 и Abell 223, расположенных примерно в 2,3 миллиардов световых лет от нас. Обнаружилось, что оба кластера «спарены» довольно толстым «канатом» раскаленного газа. Даже с поразительной чувствительностью рентгеновских датчиков XMM-Newton зафиксировать его удалось только потому, что сама нить вытянута почти строго вдоль направления обзора, что естественным «концентрирует» излучение от всей нити в относительно небольшой области.

«Горячий газ в филаменте, который соединяет эти галактические кластеры, возможно, является одной из самых раскаленных и плотных нитей крупномасштабной «паутины» Вселенной, – говорит руководитель группы исследователей голландец Норберт Вернер (Norbert Werner). – Это открытие крайне важно, ведь оно, наконец, подтверждает теоретические изыскания, согласно которым значительную часть барионной материи составляет именно такой газ».

«Это только начало, – продолжает Вернер, – чтобы лучше понять распределение материи в «космической паутине», нам понадобится изучить больше подобных систем. А лучше всего будет отправить в космос новую обсерваторию, с еще большей чувствительностью».

Кстати, ученые понемногу уже начали составлять карту этой вселенской паутины («Волокна мироздания»). Но и здесь бал правит не обычная материя и даже не темная материя – а темная энергия.

Команда во главе с исследователем из университета Женевы (UNIGE, Швейцария) смогла открыть миру еще одну важную деталь понимания Вселенной. Их исследование показывает, что большинство недостающей обычной материи находится в виде очень горячего газа, связанного с помощью межгалактических волокон. Материя известная как обыкновенная, который составляет все что мы знаем, занимает лишь 5% Вселенной. Примерно половина этой доли по-прежнему ускользает от обнаружения. Численное моделирование позволило предположить, что остальная часть этой обычной материи должна быть расположена в крупных структурах, образующих «космическую паутину» при температурах между 100 тысяч и 10 миллионов градусов.

Галактики образуются, когда обычная материя разрушается и остывает. Для того, чтобы понять происхождение этого образования, крайне важно обнаружить, в какой форме и где обычная материя была найдена. Чтобы сделать это, астрофизики из UNIGE и Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL) проявили интерес к Abell 2744 – массивному кластеру галактик со сложным распределением темной и светлой материи в центре. Они исследовали, этот кластер с помощью XMM космического телескопа, который способен обнаруживать подпись очень горячего газа из-за его чувствительности к рентгеновскому излучению.

Исследование крупномасштабных галактик в этом кластере показало, что распределение обычной материи во Вселенной не является однородным. Не смотря на это, под действием силы тяжести, она сосредотачивается а в нитевидных структурах, образующих сеть узлов и звеньев называемых «космическая паутина». Области, испытывающие самый высокий гравитационный коллапс силы и формируют узлы сети, такие как Abell 2744.

«Космическая паутина» сравнима с нейронными сетями: узлы соединяются друг с другом посредством нитей, в которых исследователи определили наличие газа и, следовательно, отсутствие барионов.

Астрофизики направили космический телескоп на области, где они подозревали найти присутствие нитей, и, следовательно, наличие горячих (порядка 10 миллионов градусов) структуры газа. Впервые появилась возможность измерить температуру и плотность этих объектов, в результате чего было обнаружено, что они соответствовали предсказаниям численных моделей, а следовательно в ученых появилось понимание формы, пропавшей обычной материи. Это исследование является очень важной валидацией моделей формирования галактик во Вселенной.

«Теперь мы должны убедиться, что открытие в кластере Abell 2744 недостающих барионов применяется ко всей Вселенной. Работа будет состоять в изучении этих нитевидных регионов в деталях и измерении распределения температуры различных атомов, которые составляют их для того, чтобы понять, сколько тяжелых элементов есть во Вселенной», – отметил Доминик Эккерт, руководитель исследования.

Таким образом, если исследователи смогли измерить атомы в этих нитях, то они будут и в состоянии оценить количество тяжелых ядер, звезд возникших в период формирования Вселенной. В целях углубления этого исследования, Европейское космическое агентство (ЕКА) находится в процессе разработки нового космического телескопа. Швейцария и ученые из UNIGE принимают особенное участие в этом проекте, они разрабатывают телескоп «Афина», который продолжит изучение вопроса и начнет функционировать в середине 2020-х годов.

Ученые-астрономы из Калифорнийского университета в Санта-Круз, используя 10-метровый телескоп из состава обсерватории W.M.Keck Observatory на Гавайях, получили первые снимки «космической паутины», сети из материи, соединяющей все объекты во Вселенной. Согласно рассказу Себастиано Канталупо (Sebastiano Cantalupo), одному из ведущих специалистов в данных исследованиях, космическая паутина, размером в 2 миллиона световых лет, «является исключительным астрономическим объектом. Она просто огромна, ее размеры минимум в два раза превышают размеры любой известной людям туманности, и она простирается далеко за пределы галактического окружения квазара UM287».

Полученное учеными изображение служит подтверждением теории «космической паутины», которая опутывает всю Вселенную, соединяя все космические объекты невидимыми нитями, состоящими на 84 процента из таинственной темной материи. Созданная учеными компьютерная модель, демонстрирует распределение материи нитей во Вселенной, а на вставке показана область космического пространства, размером в 10 световых лет, в центре которой находится квазар и на которой видно части нитей, состоящие из обычной и темной материи.

Сделанные учеными снимки являются ключевым моментом в будущих поисках других экзотических космических объектов, известных под названием темных галактики. Согласно имеющейся теории, темные галактики – это узлы космической паутины, относительно небольшие области пространства, где материя нитей паутины имеет чрезвычайно высокую плотность. На изображении, составленном по компьютерной модели, можно увидеть несколько таких темных галактик, некоторые из которых находятся в непосредственной близости от обычных галактик и туманностей. Часть материи темных галактик попадает в обычные галактики, но, как это ни парадоксально, большая часть материи темных галактик и нитей паутины таки и остается в рассеянном состоянии, не принимая участия в формировании туманностей и новых звезд.

Ученые уже планируют дальнейшие поиски нитей космической паутины, темных галактики и других экзотических космических объектов, имеющих отношение к «темной» стороне Вселенной. Не стоит сомневаться в том, что эти поиски, рано или поздно, дадут результаты, которые значительно расширят область знаний людей о строении Вселенной и о происходящих в ней процессах.

Ученые при помощи нового метода наблюдений создали трехмерную карту, которая демонстрирует распределение материи в ранней Вселенной в 10,8 миллиардах световых лет от Земли.

Космическая паутина – это нитевидная сеть из обычной и темной материи, которая демонстрирует распределение вещества во Вселенной на межгалактических масштабах. В основном она состоит из нитей темной материи, и лишь на незначительную часть – из видимой и привычной нам материи, в частности, – галактик.

Ученые из Института астрономии Макса Планка доказали эффективность особого метода наблюдений космической паутины, который ранее считался невыполнимым из-за недостаточной мощности современных телескопов.

Метод заключается в наблюдении того, как водородный газ поглощает свет от далеких источников. Источниками света по этой методике являются крайне тусклые галактики на фоне искомого водорода. По свойствам того, как водород поглощает свет, можно определить расстояние до него.

Выбрав 24 галактики, ученые пронаблюдали за характеристиками водорода на их фоне и смогли составить трехмерную карту одного из секторов космической паутины на расстоянии, которое ранее было недоступно – в 10,8 миллиардах световых лет от Земли. Это означает, что полученные данные позволяют взглянуть на структуру молодой Вселенной возрастом всего в 3 миллиарда лет после Большого взрыва.

Ширина наблюдаемого сектора составила 2,5 миллиона световых лет, а длина – 6 миллионов. Все данные были получены при помощи спектрометра LRIS телескопа Keck I, расположенного на горе Мауна-Кеа на острове Гавайи. По словам ученых, именно уникальное расположение телескопа – практически, лучшее среди построенных телескопов с точки зрения астроклимата – позволило получить эти потрясающие данные.

Также ученые самостоятельно разработали компьютерную программу, которая позволила снизить сложность вычислений для построения космической паутины на основе астрономических данных. По словам одного из авторов исследования Кейси Старка (Casey Stark) из Калифорнийского университета в Беркли, ранее для подобных вычислений требовался суперкомпьютер, а теперь – обычный ноутбук.

Астрономы впервые обнаружили своеобразные волны, идущие по нитям «паутины Вселенной» – гигантской сети из нитей темной и видимой материи, объединяющей все скопления галактик и облака межгалактического газа.

«Открытие этих волн так интересно нам по той причине, что в этих колебаниях скрыта информация о том, как сильно была нагрета Вселенная в первые несколько миллиардов лет после Большого Взрыва», – рассказывает Джозеф Хеннави (Jose h Hennawi) из университета Калифорнии в Санта-Барбаре (США).

Считается, что Вселенная по своей структуре похожа на гигантскую трехмерную паутину. Ее нити представляют собой скопления темной материи, так называемые филаменты. В точках пересечения этих нитей находятся плотные комки видимой материи – отдельные галактики и группы звездных мегаполисов.

В июле 2012 года астрофизики смогли обнаружить одну из таких паутинок, соединяющих галактики Abell 222 и Abell 223, благодаря искажениям в свете далеких звезд, которые вызывала темная материя. Впоследствии «Хаббл» получил трехмерные снимки таких «пуповин», изучая галактики в скоплении MACSJ0717 в созвездии Возничего, а в этом году ученые получили снимки несколько сотен подобных нитей и вычислили их типичную массу и другие свойства.

Хеннави и его коллеги впервые увидели то, как «качаются» эти нити под действием своеобразных волн, идущих через них от одного скопления галактик к другим, решив космический аналог задачи с поиском иголки в бесконечном стоге сена.

Как объясняет астроном, сегодня большинство ученых предполагает, что «космическая паутина» не стоит на месте, а колеблется под действием волн, которые были выработаны первыми галактиками и звездами в своеобразные «темные века» Вселенной. Под этим термином ученые понимают один из первых периодов ее жизни, когда Вселенная была заполнена нейтральным водородом и гелием, непрозрачным для света. Иными словами, Вселенную того времени мы никогда не увидим, так как вся она была непроницаемой для света.

Когда возникли первые яркие звезды и сверхмассивные черные дыры, молекулы этого газа были резко разорваны на части и ионизированы, что породило серию мощных колебаний, путешествовавших по первым галактикам и пространству между ними. Как считают Хеннави и его коллеги, следы этих волн могли сохраниться внутри «паутины».

Проблема заключается в том, что газ в этих нитях не светится и обнаружить его можно только в том случае, если его «подсвечивает» мощное излучение какого-то другого объекта, к примеру, квазара, активного ядра сверхмассивной черной дыры в центре далекой галактики, расположенной за нитью.

Если найти два квазара, расположенных неподалеку друг от друга, то различия в спектре их излучения будут выдавать то, движется ли газ, который «просвечивают» их лучи на пути к Земле, или нет, и есть ли в нем волны, заставляющие материю «нитей» сжиматься или растягиваться.

«Поиск пар квазаров ничем не отличается от поисков иголки в стоге сена. Нам пришлось просеять несколько миллиардов фотографий объектов в миллион раз более тусклых, чем может увидеть наш глаз, для того, чтобы найти хотя бы две пары подходящих квазаров», – продолжает ученый.

Обнаружив эти колебания, ученым пришлось дополнительно потратить очень много времени на то, чтобы понять, чем они, собственно являются. Для этого Хеннави и его коллеги создали компьютерную мини-Вселенную с ее «паутиной» и попытались воспроизвести те различия в спектре квазаров, которые они зафиксировали в реальном мире при помощи телескопов Кека на Гавайских островах и «Магеллан» в Чили.

Как показали эти расчеты, наличие волн в «паутине Вселенной» говорит о том, что ее материя стала полностью прозрачной достаточно поздно, около 12,9 миллионов лет назад, через 800 миллионов лет после Большого Взрыва. Подобный вывод в целом совпадает с текущими космологическими теориями, и дальнейшие наблюдения за подобными колебаниями, как надеются авторы статьи, помогут нам раскрыть и другие детали процесса «просветления» Вселенной.

Каким образом формируются и эволюционируют галактики, подобные нашему Млечному Пути? Подвержены ли они влиянию окружающей среды? Международная группа исследователей под руководством астрономов из Калифорнийского университета в Риверсайде предлагают некоторые ответы.

Исследователи подчеркивают роль «космической паутины» (крупномасштабной структуры, составленной из галактик, которая напоминает паутину) на эволюцию галактик в удаленных областях Вселенной несколько миллиардов лет после Большого Взрыва. В работе, опубликованной 20 ноября в журнале Astrophysical Journal, представлены наблюдения, показывающие, что нити космической паутины играли важную роль в эволюции.

Распределение галактик и материи во Вселенной не является случайным. Галактики организованы даже в настоящее время, некоторым образом напоминая гигантскую сеть. В неё входят области повышенной плотности, составленные из галактических скоплений и групп, а также малонаселенные регионы свободные от галактик, а также нити, которые связывают сверхплотные области.

В астрономии хорошо известно, что галактики, находящиеся в менее плотных областях, характеризуются большей вероятностью наличия активно формирующихся звезд (напоминают наш Млечный Путь), тогда как в галактиках в более плотных областях звезды формируются гораздо медленнее.

Помогло исследователям то, что огромная область космической паутины была впервые обнаружена в двух больших космологических экспериментах (COSMOS and HiZELS). Они продолжили изучать данные от нескольких телескопов (Hubble, VLT, UKIRT и Subaru). Затем применялись новые вычислительные методы определения нитей, который в свою очередь, позволили им изучить роль космической паутины. Они обнаружили, что галактики, находящиеся в космической паутине/нитях, с гораздо больше вероятностью характеризуются наличием активно формирующихся звезд. Другими словами, в удаленной области Вселенной эволюция, по-видимому, ускоряется в нитях. «Возможно, что такие нити предварительно «обрабатывают» галактики, ускоряя их эволюцию, в то же время направляя их к скоплениям, где они полностью обрабатываются плотной средой скоплений, и вероятнее всего, в конце концов оказываются мертвыми галактиками», – пояснил Бехнам Дарвиш (Behnam Darvish), ведущий автор исследования. «Наши результаты также указывают на то, что такое ускорение может происходить из-за взаимодействия галактик в нитях». «Мы были удивлены той важной ролью, которую играют нити в формировании и эволюции галактик. Нити, вероятно, увеличивают возможность гравитационного взаимодействия между галактиками, что в свою очередь приводит к ускорению звездообразования. Присутствуют свидетельства, что в нашей локальной Вселенной этот процесс в нитях продолжается и в настоящее время». Обычно астрономы ограничивались изучением космической паутины, используя численные симуляции и наблюдения в нашей локальной Вселенной. В новом исследовании, исследователи сосредоточились на удаленной Вселенной, когда возраст Вселенной составлял лишь половину нынешнего возраста.