Группа учёных под руководством Ратгерского университета обнаружила доказательства того, как галактики расширяются, прослеживая невидимый каркас Вселенной, созданный таинственной субстанцией, известной как тёмная материя.
В [исследовании, опубликованном](https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adec82) в журнале The Astrophysical Journal Letters, исследователи использовали крупнейшие из когда-либо собранных образцы особых галактик, называемых излучателями Лайман-альфа, чтобы изучить, как галактики группировались вместе на протяжении миллиардов лет. Это позволило им лучше понять, как галактики связаны с окружающей тёмной материей и как они развиваются с течением времени.
«Анализ этих отпечатков даёт нам представление о массе тёмной материи, окружающей галактики», — сказал Эрик Говизер, заслуженный профессор кафедры физики и астрономии в Школе искусств и наук Ратгерского университета и один из авторов исследования. «Массы тёмной материи, выявленные в этом исследовании, согласуются с идеей о том, что галактики-излучатели Лайман-альфа эволюционировали в современные галактики, подобные нашему Млечному Пути».
Анализ, в котором оценивались широкоугольные изображения трёх разных эпох истории Вселенной вскоре после Большого взрыва, выявил отчётливые закономерности, подобные космическим отпечаткам пальцев. Эти закономерности указывают на то, где тёмная материя наиболее концентрирована, сообщили исследователи.
Тёмная материя — это таинственная субстанция, которая не излучает свет или энергию, её нельзя увидеть, но она составляет большую часть материи во Вселенной, по мнению учёных. Они знают, что тёмная материя существует, потому что её гравитация влияет на движение галактик и на то, как эти огромные космические системы расположены в пространстве.
Исследование под руководством докторанта Ратгерского университета Дани Эрреры использовало данные из исследования ODIN (One-hundred-square-degree DECam Imaging in Narrowbands), крупного астрономического проекта, предназначенного для анализа более чем 100 000 излучающих галактик Лайман-альфа.
Исследователи сосредоточились на данных, полученных из региона неба, известного как Deep Field исследования космической эволюции (COSMOS), в одном из крупнейших когда-либо проведённых глубоких обзоров неба. Заглянув глубоко в космос и в далёкое прошлое, они рассмотрели три временных периода: примерно 2,8 миллиарда, 2,1 миллиарда и 1,4 миллиарда лет после Большого взрыва.
В эти периоды галактики-излучатели Лайман-альфа были молодыми и активно формировали звёзды, что делало их идеальными маркерами для изучения. Они также содержат водородный газ, который излучает особое свечение, что позволяет учёным обнаруживать их в большом количестве в далёкой Вселенной.
«Мы хотели найти тёмную материю, гравитация которой заставляет галактики сливаться и расти», — сказала Эррера. «Понимание того, где она находится и как она развивалась, помогает нам понять, как развивалась сама Вселенная».
Тёмная материя играет решающую роль в формировании галактик, действуя как гравитационный «клей», который помогает стягивать газ вместе для формирования галактик, сказал Эррера. Его невидимая масса создаёт глубокие ямы в пространстве, где галактики могут расти, сливаться и развиваться, формируя крупномасштабную структуру Вселенной.
«Мы использовали комковатость этих галактик, чтобы определить, где тёмная материя была наиболее плотной», — сказал Говизер. «Визуализация этого с помощью контурной карты, подобно тому, как на туристической карте показаны высоты, позволяет нам наблюдать «отпечатки пальцев» тёмной материи в далёкой Вселенной».
Один из результатов выделялся: от трёх до семи процентов плотных областей тёмной материи, способных поддерживать галактики, содержат галактики-излучатели Лайман-альфа, обнаружили исследователи. Это означает, что галактики-излучатели Лайман-альфа составляют небольшой процент галактик, формирующихся там, где тёмная материя наиболее плотная. Низкий процент намекает на то, что галактики наблюдались во время кратковременной фазы, светящиеся в свете Лайман-альфа в течение от десятков до сотен миллионов лет.
Чтобы получить эти результаты, исследователи использовали метод, называемый кластеризацией, который измеряет, как галактики группируются по сравнению со случайными распределениями. Они рассчитали функцию угловой корреляции — метод подсчёта пар галактик.
Это исследование, по словам учёных, не только углубляет понимание эволюции галактик, но и помогает учёным усовершенствовать модели структуры Вселенной. Поскольку исследование ODIN продолжается, будущие исследования будут охватывать больше галактик, предлагая более полное представление о космической паутине, сказали они.
«Хотя тёмная материя невидима для наших телескопов, она формирует Вселенную через взаимодействие с видимым веществом», — сказал Говизер. «Пока одни пытаются понять, что это такое, другие, как эта исследовательская группа, пытаются понять, где она находится и что это означает для эволюции Вселенной».
Предоставлено [Rutgers University](https://phys.org/partners/rutgers-university/)