Квазар подсвечивает «космическую паутину»

Использовав 10-метровый телескоп Keck I обсерватории Мауна Кеа на Гавайских островах, астрономы обнаружили далекий квазар, освещающий огромную диффузную газовую туманность. Впервые ученые смогли наблюдать часть «космической паутины» — наиболее масштабной структуры Вселенной. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Компьютерное моделирование демонстрирует, что материя во Вселенной (в т.ч. темная) распределена в виде своеобразной «космической паутины». На врезке показано изображение с высоким разрешением гораздо меньшего фрагмента этой «паутины» (протяженностью 10 млн световых лет). На данном этапе моделирования учитывалось наличие газа и темной материи. Участок структуры, освещенный излучением квазара, выделен светлым кружком.

На снимках, сделанных с помощью телескопа, была найдена необычно большая газовая туманность, простирающаяся на 2 млн световых лет в межгалактическом пространстве. «Это очень интересный и исключительно загадочный объект: огромная структура, по крайней мере, вдвое превышающая размеры любой туманности, обнаруженной ранее, выходит далеко за пределы галактического окружения квазара», — сказал один из авторов статьи Себастьяно Канталупо, сотрудник Калифорнийского университета в Санта-Крус (Sebastiano Cantalupo, University of California, Santa Cruz). Стандартная космологическая модель формирования любой крупномасштабной структуры Вселенной предсказывает, что галактики должны быть погружены в «паутину» материи, подавляющая часть которой (около 84%) невидима ни в каком диапазоне спектра. Эта «паутина» четко просматривается в результатах компьютерного моделирования эволюции Вселенной, показывающих распределение темной материи на больших масштабах, в том числе «темные гало» вокруг галактик и «космическую сеть» нитей, соединяющую их. Гравитация вынуждает обычную материю повторять конфигурацию распределения темной материи. Таким образом, как показывает численное моделирование, потоки диффузного ионизированного газа проявляются в виде узоров, похожих на переплетение тонких волокон.

До сих пор, однако, эти волокна никто не видел. Межгалактический газ был обнаружен по поглощению им света ярких фоновых источников, но из этих данных не представлялось возможным извлечь информацию о его распределении. И вот, наконец, на снимках телескопа Keck ученые заметили флуоресцентное свечение водорода, освещенного интенсивным излучением квазара. «Этот квазар освещает диффузный газ на таких огромных расстояниях, заглянуть на которые мы раньше и не мечтали, что позволило нам определить масштабы распространения газа между галактиками. В целом картина распространения газовой компоненты обеспечивает хорошее понимание общей структуры нашей Вселенной», — сообщил Джейсон Ксавье Прохаска (Jason Xavier Prochaska), профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Крус.

На этом изображении, полученном телескопом Keck I, голубым цветом показана туманность, обнаруженная вблизи яркого квазара UM287 (в центре) и простирающаяся на 2 млн световых лет. Высокоэнергетическое излучение квазара заставляет светиться окружающий межгалактический газ. Исследование этого свечения способствует определению морфологии и физических свойств «космической паутины».

Газообразный водород, освещаемый квазаром, излучает в ультрафиолетовом диапазоне в так называемой «линии Лайман-альфа». Удаленность квазара настолько велика (около 10 млрд световых лет), что вследствие расширения Вселенной, приводящего к возникновению красного смещения, это излучение из не видимого человеческим глазом ультрафиолетового диапазона попадает в оптический и становится видимым. Исследователи вычислили длину волны «смещенной» линии Лайман-альфа для излучения объектов, находящихся на аналогичном расстоянии, и создали специальный фильтр для спектрометра LRIS (Low Resolution Imaging Spectrometer) штатного оборудования телескопа с целью получить изображение квазара и подсвечиваемой им туманности в этой линии.

«Мы изучили и другие квазары с использованием этой методики, но результат во всех попытках был отрицательным — нам не удалось обнаружить подобной газовой расширяющейся структуры, — констатировал Канталупо. — Свет от квазара подобен лучу фонарика, и только в одном случае нам невероятно повезло: «фонарик» был направлен в сторону туманности и возбудил свечение газа. Мы считаем, что эта газовая структура является частью нити, которая, в общем случае, может простираться намного дальше по сравнению с наблюдаемым участком, но мы видим только то… что освещено излучением квазара».

Считается, что квазары представляют собой тип активных галактических ядер, испускающих интенсивное излучение, генерируемое при падении вещества на сверхмассивную черную дыру в центре галактики. В более раннем обзоре удаленных квазаров, используя этот же метод для поиска светящегося газа, Канталупо и другие исследователи обнаружили так называемые «темные галактики» — наиболее плотные сгустки газа в «космической паутине». Эти образования предположительно либо слишком малы, либо слишком молоды, чтобы содержать уже сформировавшиеся звезды.

Темные галактики являются гораздо более плотными и мелкими частями «космической паутины». На новом изображении эти объекты также видны, в дополнение к гораздо более рассеянной и пространной туманности. Некоторая часть этого газа концентрируется в галактики, но основная его масса останется диффузной, и в ней никогда не начнутся процессы звездообразования.

Астрономы подсчитали, что количество вещества в обнаруженной туманности должно быть вдесятеро больше, чем ожидалось по данным компьютерного моделирования. Эти наблюдения значительно расширяют наши представления о распределении межгалактического газа и позволяют усовершенствовать существующие модели.