W największych skalach sieci włókien gazowych rozciągają się na setki milionów lat świetlnych, łącząc ogromne gromady galaktyk. Ale ten gaz jest tak rozdrobniony, że nie można go zobaczyć bezpośrednio.
Od lat astronomowie używają kwazarów - genialnych centrów galaktycznych napędzanych supermasywnymi czarnymi dziurami, które szybko akreują materiał - do mapowania niewidzialnej materii.
Ale teraz, po raz pierwszy, zespołowi astronomów kierowanym przez Khee-Gan Lee, post-doc w Max Planck Institute for Astronomy, udało się stworzyć trójwymiarową mapę wielkoskalowej struktury Wszechświata przy użyciu odległe galaktyki. A zalety są liczne.
Nauka zawsze była nieco podobna: gdy jasne światło z odległego kwazara wędruje w kierunku Ziemi, napotyka chmury gazu wodoru i jest częściowo absorbowane. Pozostawia to ciemne linie absorpcyjne w spektrum kwazara.
Gdyby Wszechświat był statyczny, ciemne linie absorpcyjne zawsze znajdowałyby się w tym samym miejscu (121 nanometrów dla tak zwanej linii Lymana-alfa) w widmie kwazara. Ale ponieważ Wszechświat się rozszerza, odległy kwazar odlatuje z Ziemi z dużą prędkością. Rozciąga to światło kwazara, tak że każda interweniująca chmura gazowa wodoru odciska swoją sygnaturę absorpcji w innym obszarze widma kwazara, pozostawiając las linii.
Dlatego szczegółowe pomiary widm wielu kwazarów blisko siebie mogą faktycznie ujawnić trójwymiarowy charakter interweniujących chmur wodoru. Ale galaktyki są prawie 100 razy liczniejsze niż kwazary. Teoretycznie powinny one dostarczyć znacznie bardziej szczegółową mapę.
Jedynym problemem jest to, że galaktyki są również około 15 razy słabsze niż kwazary. Astronomowie uważali, że po prostu nie są wystarczająco bystrzy, aby dobrze widzieć w odległym wszechświecie. Ale Lee przeprowadził obliczenia, które sugerowały inaczej.
„Byłem zaskoczony, gdy odkryłem, że istniejące duże teleskopy powinny już być w stanie zebrać wystarczającą ilość światła z tych słabych galaktyk, aby zmapować absorpcję na pierwszym planie, aczkolwiek przy niższej rozdzielczości niż byłoby to możliwe w przypadku przyszłych teleskopów”, powiedział Lee w komunikacie prasowym. „Mimo to zapewniłoby to niespotykany dotąd widok kosmicznej sieci, która nigdy nie została zmapowana na tak dużych odległościach.”
Lee i jego koledzy użyli 10-metrowego teleskopu Keck I na Mauna Kea na Hawajach, aby przyjrzeć się bliżej odległym galaktykom i lasowi absorpcji wodoru osadzonemu w ich widmie. Ale nawet pogoda na Hawajach może stać się brzydka.
„Byliśmy bardzo rozczarowani, ponieważ pogoda była okropna i udało nam się zebrać tylko kilka godzin dobrych danych” - powiedział współautor Joseph Hennawi, również z Max Planck Institute for Astronomy. „Ale sądząc po jakości danych, które spadły z teleskopu, już było dla mnie jasne, że eksperyment się powiedzie”.
Zespół był w stanie zebrać dane tylko przez cztery godziny. Ale nadal było to bezprecedensowe. Przyjrzeli się 24 odległym galaktykom, które zapewniły wystarczające pokrycie małej plamy nieba i pozwoliły im połączyć informacje w trójwymiarową mapę.
Mapa pokazuje wielkoskalową strukturę Wszechświata, gdy był on zaledwie o jedną czwartą swojego obecnego wieku. Zespół ma jednak nadzieję, że wkrótce przeanalizuje mapę, aby uzyskać więcej informacji na temat funkcji struktury - śledząc przepływy kosmicznego gazu, który kierował się z dala od pustek na odległe galaktyki. Zapewni to unikalny historyczny zapis tego, jak gromady galaktyk i puste przestrzenie powstały z niejednorodności w Wielkim Wybuchu.
Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Astrophysical Journal i są dostępne online.
