Международный коллектив астрономов разработал самую подробную на сегодняшний день карту распределения материи во Вселенной. Она включает в себя описание не только объектов обычной материи, из которой сформировались планеты, звёзды, чёрные дыры и галактики; но также тёмной материи — неизученной невидимой массы, которая создаёт более высокую гравитацию, необъяснимую с позиции обычной материи.
Южный полярный телескоп. Источник изображения: pole.uchicago.edu
Фактическое распределение материи в пространстве не вполне соответствует ожиданиям учёных, а значит, в текущей стандартной космологической модели чего-то не хватает. Предполагается, что в момент Большого взрыва вся материя Вселенной была собрана в сингулярность — единую точку с бесконечной плотностью и чрезвычайно высокой температурой, которая внезапно взорвалась и извергла кварки, которые сформировали протоны и нейтроны. Спустя несколько сотен тысяч лет образовались атомы водорода и гелия, из которых стали формироваться объекты Вселенной.
Дальнейшее распределение этих атомов — своего рода детективная работа, исходной информацией для которой является то, как выглядит Вселенная сегодня. Около 75 % материи во Вселенной до сих пор остаются совершенно невидимыми для современных методов наблюдения — эта тёмная материя обнаруживается лишь косвенно, поскольку она создаёт более сильное гравитационное поле, чем должно быть, исходя из свойств обычной материи. Это проявляется, например, в том, что галактики вращаются быстрее, чем должны, а также в эффекте гравитационного линзирования. Когда нечто имеет очень высокую массу, например, скопление тысяч галактик, гравитационное поле оказывается достаточно сильным, чтобы искривлять пространство и время: проходящий через такую гравитационную линзу свет меняет траекторию и может усиливаться.
Карты неба на основе данных Dark Energy Survey (слева) и Южного полярного телескопа (справа). Источник изображения: sciencealert.com
При создании карты материи Вселенной учёные сравнивали данные о гравитационных линзах, собранные в рамках проекта Dark Energy Survey в ближнем ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, а также полученные Южным полярным телескопом, который осуществляет измерение слабого космического микроволнового фона — реликтового излучения, возникшего в эпоху первичной рекомбинации водорода вскоре после Большого взрыва. Два источника информации обеспечили перекрёстную проверку данных.
Итоговая карта была построена на положениях галактик, их линзировании и линзировании космического микроволнового фона — эти данные можно использовать для выстраивания гипотез о распределении материи во Вселенной. Далее её можно будет сравнивать с другими моделями и симуляциями эволюции Вселенной, что позволит понять, соответствует ли теория фактическому распределению материи. Учёные уже провели несколько сравнений и обнаружили, что построенная ими карта преимущественно соответствует моделям за исключением небольших различий: материя распределяется более равномерно, чем предсказывает теория.
Итоги работы представлены в трёх публикациях американского научного журнала Physical Review D.