139
Уявіть собі, що замість того, щоб шукати галактики в темному небі, астрономи дивляться на «фонове сяйво» самого Великого вибуху — і за ледь помітними тінями на ньому знаходять гігантські скупчення галактик. Саме так працює новий каталог Південнополярного телескопа: команда, описана в матеріалі Newswise Science News, зібрала список із понад 7 тисяч підтверджених скупчень, більшість з яких уперше «засвітилися» через свій гарячий газ.
Що відомо коротко
- Каталог створено за підсумками 5 років спостережень експерименту SPT-3G на Південному полюсі.
- Команда виявила 8 892 кандидати у скупчення галактик і підтвердила 7 190 з них за оптичними та інфрачервоними даними.
- Близько 20% підтверджених скупчень раніше не входили до жодного каталогу.
- Для 67% вибірки (приблизно 4 824 системи) це перше в історії виявлення їх гарячого газу.
- Каталог охоплює близько 4% неба (1 600 квадратних градусів) і містить приблизно 1 800 скупчень, що сягають у минуле більш ніж на 7,8 мільярда років.
Як «тіні» на світлі Великого вибуху видають гігантські скупчення
Космічне мікрохвильове фонове випромінювання — це слабке «післясяйво» Великого вибуху, яке заповнює весь Всесвіт. Його можна уявити як рівномірно підсвічений екран, на якому будь-який об’єкт попереду залишає ледь помітну тінь.
Скупчення галактик — це справжні космічні мегаполіси: сотні або тисячі галактик, оточених гарячим газом і темною матерією, зв’язані гравітацією. Коли світло реліктового випромінювання проходить крізь такий «місто-гігант», високоенергетичні частинки гарячого газу змінюють його. Цей ефект називається ефектом Зельдовича–Сюняєва.
Для телескопа це виглядає як дуже слабка зміна яскравості на мікрохвильовій карті неба — ніби хтось трохи притемнив кілька пікселів на екрані. Саме ці «тіні» команда й використала, щоб знайти скупчення, навіть якщо вони надто далекі або тьмяні, щоб добре бачити їх у видимому світлі.
Що зробив Південнополярний телескоп SPT-3G
SPT-3G — це камера з приблизно 16 000 детекторів, встановлена на Південнополярному телескопі на станції Амундсен–Скотт у Антарктиді. Вона була оновлена у 2017 році, щоб надзвичайно чутливо вимірювати реліктове випромінювання.
За п’ять років спостережень команда отримала настільки «глибокі» дані, що змогла побачити не лише яскраві, а й дуже далекі та слабкі скупчення. Загалом вони знайшли 8 892 можливі скупчення, а потім перевірили їх за допомогою оптичних та інфрачервоних оглядів неба, зокрема Даних Огляду темної енергії (Dark Energy Survey).
Після цієї перевірки 7 190 об’єктів отримали статус підтверджених скупчень галактик. Приблизно п’ята частина з них не була відома жодному попередньому каталогу, а для двох третин це перше виявлення їх гарячого газу — тобто вперше побачено, як вони «відкидають тінь» на фоні Великого вибуху.
Частина скупчень у каталозі настільки далека, що ми бачимо їх такими, якими вони були понад 7,8 мільярда років тому. Це дозволяє вченим простежити, як змінювалися умови в цих гігантських структурах упродовж більшої частини історії Всесвіту.
Що цей каталог розповідає про еволюцію Всесвіту
Скупчення галактик — найбільші гравітаційно зв’язані системи у Всесвіті. Вони чутливо реагують на те, як працює темна матерія, як прискорює розширення темна енергія і як із часом зростають космічні структури. Тому великий і добре перевірений каталог скупчень — це інструмент, схожий на перепис населення для Всесвіту.
Дослідники показали, що чутливість огляду SPT-3G достатня не лише для виявлення самих скупчень, а й для вивчення того, як змінювалися умови всередині них. Вони побачили сильне зростання випромінювання, пов’язаного з пилом у середовищі скупчень у більш ранні епохи Всесвіту.
Це випромінювання пов’язане з активністю, зокрема з утворенням зірок у галактиках. Тобто за допомогою цього каталогу можна відстежувати, як «кипіла» зоряна активність у й навколо масивних скупчень протягом останніх приблизно 10 мільярдів років.
У майбутньому вчені планують уточнювати маси скупчень і використовувати каталог для перевірки космологічних моделей. Нові великі огляди неба, зокрема спостереження з камери Legacy Survey of Space and Time на обсерваторії Віри Рубін у Чилі та місія Euclid Європейського космічного агентства, мають допомогти підтвердити ще більш далекі скупчення, помічені в даних SPT-3G.
Цікаві факти
Карти, показані в прикладах даних SPT-3G, охоплюють лише близько 0,5% основної площі огляду, але вже містять десятки підтверджених скупчень.
Ефект Зельдовича–Сюняєва дозволяє бачити скупчення як «тіні» на фоні реліктового випромінювання, навіть якщо самі галактики в них дуже тьмяні у видимому світлі.
Робота над каталогом включала ретельну перевірку надійності кожного сигналу, щоб майбутні космологічні дослідження могли безпечно спиратися на ці дані.
FAQ
Це вже остаточний каталог чи його ще будуть доповнювати?
Нинішній каталог базується на п’яти роках даних SPT-3G і вже є великим етапом для космології скупчень. Але майбутні спостереження та додаткові оптичні підтвердження, зокрема з нових оглядів неба, можуть додати ще більше далеких скупчень і уточнити властивості вже відомих.
Чому частину скупчень видно лише через гарячий газ, а не в оптичному діапазоні?
Деякі скупчення настільки далекі або тьмяні, що їх галактики важко розрізнити у видимому світлі. Натомість гарячий газ у цих скупченнях сильно впливає на реліктове випромінювання, створюючи помітний сигнал у мікрохвильовому діапазоні. Тому ефект Зельдовича–Сюняєва дозволяє «побачити» їх раніше, ніж традиційні оптичні огляди.
Як ці дані допоможуть зрозуміти темну енергію та темну матерію?
Кількість, маси та розподіл скупчень галактик у різні епохи Всесвіту залежать від того, як працює гравітація, скільки темної матерії існує і як темна енергія прискорює розширення. Порівнюючи спостережуваний каталог із теоретичними моделями, вчені можуть звузити параметри, які описують ці невидимі компоненти.
Чому для таких спостережень телескоп розташували саме на Південному полюсі?
Південний полюс має дуже сухе й стабільне повітря, що важливо для мікрохвильових спостережень: водяна пара в атмосфері менше заважає сигналу. Крім того, телескоп може довго спостерігати одну й ту саму ділянку неба, оскільки вона майже не змінює висоту над горизонтом, що дозволяє отримувати надзвичайно «глибокі» карти реліктового випромінювання.
Виявляється, щоб знайти тисячі гігантських скупчень галактик, не обов’язково «дивитися» на самі галактики — достатньо уважно простежити, як вони ледь помітно спотворюють світло Великого вибуху. Такий підхід перетворює реліктове випромінювання на своєрідний екран, на якому Всесвіт сам малює карту своєї найбільшої архітектури, дозволяючи нам бачити не лише те, що є зараз, а й те, як усе зростало й змінювалося протягом мільярдів років.
Телескоп на Південному полюсі відкрив понад 7 тисяч скупчень галактик з’явилася спочатку на Цікавості.
