Wszechświat jest przesiąknięty ogromną, niewidzialną siecią, której macki tną w przestrzeni. Ale pomimo uporządkowania materii, którą widzimy w kosmosie, ta ciemna sieć jest niewidoczna. Jest tak, ponieważ składa się z ciemnej materii, która działa grawitacyjnie, ale nie emituje światła.
Oznacza to, że sieć była do tej pory niewidoczna. Po raz pierwszy naukowcy oświetlili niektóre z najciemniejszych zakątków wszechświata.
Tkanie sieci
Dawno temu wszechświat był gorętszy, mniejszy i gęstszy niż obecnie. Było też średnio o wiele nudniej. Nie było dużych różnic w gęstości z miejsca na miejsce. Jasne, przestrzeń była ogólnie znacznie bardziej ciasna, ale w młodym wszechświecie, bez względu na to, dokąd się udałeś, rzeczy były prawie takie same.
Ale były niewielkie, losowe różnice w gęstości. Te samorodki miały nieco większe przyciąganie grawitacyjne niż otaczające ich sąsiedztwo, więc materia miała tendencję do ich wpływania. Rosnąc w ten sposób, uzyskali jeszcze silniejszy wpływ grawitacyjny, przyciągając więcej materii, powodując, że są większe i tak dalej przez miliardy lat. Jednocześnie, w miarę wzrostu bryłek, przestrzenie między nimi opróżniały się.
W czasie kosmicznym bogaci wzbogacali się, a biedni stawali się biedniejsi.
W końcu gęste plamy stały się pierwszymi gwiazdami, galaktykami i gromadami, a przestrzenie między nimi stały się wielkimi kosmicznymi pustkami.
Teraz, po 13,8 miliarda lat od tego ogromnego projektu budowlanego, praca nie jest jeszcze ukończona. Materia wciąż wypływa z pustek, łącząc się z grupami galaktyk, które wpadają w gęste, bogate gromady. To, co mamy dzisiaj, to rozległa, złożona sieć włókien materii: kosmiczna sieć.
Światło w ciemności
Ogromna większość materii w naszym wszechświecie jest ciemna; nie wchodzi w interakcje ze światłem ani z żadną z „normalnych” materii, które widzimy jako gwiazdy i chmury gazowe oraz inne ciekawe rzeczy. W rezultacie duża część kosmicznej sieci jest dla nas całkowicie niewidoczna. Na szczęście tam, gdzie gromadzi się ciemna materia, ciągnie ona również zwykłą materię, aby dołączyć do zabawy.
W najgęstszych kieszeniach naszego wszechświata, gdzie szepty grawitacyjne ciemnej materii wpłynęły na wystarczającą ilość regularnej materii, aby się zjednoczyć, widzimy światło: regularna materia przekształciła się w gwiazdy.
Jak latarnia morska na odległym, czarnym brzegu morza, gwiazdy i galaktyki mówią nam, gdzie czai się ukryta ciemna materia, dając nam upiorny zarys prawdziwej struktury kosmicznej sieci.
Dzięki temu stronniczemu widokowi możemy łatwo zobaczyć klastry. Wyskakują jak gigantyczne miasta widziane z lotu czerwonych oczu. Wiemy na pewno, że w tych strukturach znajduje się ogromna ilość ciemnej materii, ponieważ potrzeba dużo energii grawitacyjnej, aby zebrać razem tyle galaktyk.
Na przeciwległym końcu widma możemy łatwo dostrzec puste przestrzenie; są to miejsca, w których cała sprawa nie jest. Ponieważ nie ma galaktyk do oświetlania tych przestrzeni, wiemy, że są one zasadniczo puste.
Ale wielkość kosmicznej sieci tkwi w delikatnych liniach samych włókien. Rozciągające się przez miliony lat świetlnych cienkie macki galaktyk działają jak wielkie kosmiczne autostrady przecinające czarne pustki, łączące jasne gromady miejskie.
Przez przyciemnioną soczewkę
Te włókna w kosmicznej sieci są najtrudniejszą częścią sieci do zbadania. Mają pewne galaktyki, ale niewiele. I mają różne długości i orientacje; dla porównania gromady i puste przestrzenie są geometryczną zabawą dla dzieci. Tak więc, mimo że wiemy o istnieniu włókien elementarnych, poprzez symulacje komputerowe, od dziesięcioleci, mieliśmy trudności z ich zobaczeniem.
Jednak ostatnio zespół astronomów dokonał znacznego postępu w mapowaniu naszej kosmicznej sieci, publikując swoje wyniki 29 stycznia w bazie danych arXiv. Oto jak poszli do biznesu:
Najpierw wzięli katalog tak zwanych świecących czerwonych galaktyk (LRG) z badania barytonowego oscylacji spektroskopowej (BOSS). LRG to ogromne bestie galaktyk, które zwykle siedzą w centrach gęstych kropel ciemnej materii. A jeśli LRG znajdują się w najgęstszych regionach, wówczas łączące je linie powinny być wykonane z delikatniejszych włókien.
Ale wpatrywanie się w przestrzeń między dwoma LRG nie będzie produktywne; nie ma tam wielu rzeczy. Zespół wziął więc tysiące par LRG, wyrównał je i ułożył jeden na drugim, aby stworzyć złożony obraz.
Korzystając z tego ułożonego obrazu, naukowcy policzyli wszystkie galaktyki, które mogli zobaczyć, sumując swój całkowity udział światła. Umożliwiło to badaczom zmierzenie, ile normalnej materii stanowiły włókna między LRG. Następnie naukowcy przyjrzeli się galaktykom za włóknami, a konkretnie ich kształtom.
Gdy światło z galaktyk tła przenikało wtrącone włókna, grawitacja ciemnej materii w tych włóknach delikatnie trąciła światło, nieznacznie zmieniając obrazy tych galaktyk. Mierząc wielkość przesunięcia (zwanego przez naukowców „ścinaniem”), zespół był w stanie oszacować ilość ciemnej materii we włóknach.
Miara ta była zgodna z przewidywaniami teoretycznymi (kolejny punkt dotyczący istnienia ciemnej materii). Naukowcy potwierdzili również, że włókna nie były całkowicie ciemne. Na każde 351 słońc masy w żarnikach występował strumień świetlny o wartości 1 słońca.
Jest to prymitywna mapa filamentów, ale jest pierwsza i zdecydowanie pokazuje, że chociaż nasza kosmiczna sieć jest w większości ciemna, nie jest całkowicie czarna.
Paul M. Sutter jest astrofizykiem w SUNY Stony Brook i Flatiron Institute, prowadzącym Ask a Spaceman i Space Radio, a także autorem Your Place in the Universe.
