NASA и международная команда астрофизиков представили одну из самых детальных карт распределения тёмной материи, построенную на основе наблюдений космического телескопа James Webb (Webb). Этот результат помогает точнее понять, какую роль невидимая материя играла в формировании галактик, звёзд и крупных космических структур на протяжении всей истории Вселенной.
Что такое тёмная материя и почему она важна
Тёмная материя — это форма материи, которая, в отличие от обычного вещества, не взаимодействует с электромагнитным излучением: она не испускает, не отражает и не поглощает свет, поэтому остаётся невидимой в телескопы. Несмотря на это, её существование признаётся на основе гравитационных эффектов — например, движения звёзд в галактиках и искажения света далеких объектов.
По современным оценкам, тёмная материя составляет около примерно 27 % массы-энергии Вселенной, тогда как обычная (барионная) материя — только 5 %. Большую часть оставшихся 68 % занимает тёмная энергия, которая отвечает за ускоренное расширение космоса, но это отдельная загадка космологии.
Новая карта: масштаб и детали
Уникальное наблюдение охватывает область неба COSMOS, которая по площади примерно 2,5 раза превышает видимую область полной Луны. В этой области Webb выявил почти 800 000 галактик, многие из которых впервые попали в научные каталоги. К карте тёмной материи учёные приступили, анализируя, как невидимая масса гравитационно искривляет свет таких удалённых объектов — явление, известное как слабое гравитационное линзирование.
В результате была составлена карта, представляющая невидимые плотные области тёмной материи, а также тонкие “нитевидные” структуры, которые соединяют крупные скопления материи. Эти детали раньше оставались размытыми или вовсе невидимыми в данных более ранних миссий.
Ключевые параметры новой карты:
- Разрешение вдвое выше, чем у предыдущих карт, созданных, например, на основе данных Хаббла.
- Значительно улучшено выявление мелких структур тёмной материи.
- Учтены данные большого количества галактик, что увеличивает точность реконструкции распределения массы.
Как карта показывает связь тёмной и обычной материи
Одним из главных результатов исследования является подтверждение тесной связи между тёмной материей и обычной материей: там, где наблюдаются большие скопления галактик, почти всегда находятся и соответствующие концентрации тёмной материи. И наоборот, тонкие нити обычной материи, соединяющие такие скопления, практически всегда сопровождаются нитями тёмной материи.
Астрофизик Ричард Мэсси (Durham University) отметил, что совпадение структур объясняется не случайностью, а взаимным развитием тёмной и обычной материи на протяжении истории Вселенной. Это означает, что тёмная материя служила не только фоном, но и активным “каркасом”, объекты которого определяли, где формировались галактики и скопления.
Как Webb улучшил качество картирования
Webb обладает мощной системой инфракрасной съемки, включая инструмент MIRI (Mid-Infrared Instrument), который позволяет наблюдать объекты, скрытые космической пылью, и измерять расстояния до галактик с высокой точностью. Именно это качество делает возможным удвоение разрешения по сравнению с предыдущими картами, созданными на основе данных Хаббла, и обеспечивает более детальную реконструкцию тёмной материи.
Кроме того, сравнение новых данных с результатами наземных обсерваторий и архивами априорных измерений помогает избегать систематических ошибок и повышает достоверность полученных карт.
Что это говорит о ранней Вселенной
Согласно ведущим моделям космологии (в частности, ΛCDM — Lambda Cold Dark Matter), тёмная материя начала сгущаться раньше, чем обычная материя, сразу после Большого взрыва. Эти плотные “узлы” тёмной материи затем притягивали газ и пыль, что позволяло первым звёздам и галактикам формироваться быстрее, чем это было бы без её влияния.
Такой сценарий объясняет, почему структура Вселенной сегодня напоминает сетку нитей и узлов — так называемую космическую паутину, где галактики и скопления концентрируются в местах наибольшей плотности тёмной материи.
Практическое значение для науки
Полученные результаты укрепляют современное понимание космологии и дают фундаментальный ориентир для дальнейших исследований:
- уточняют модели эволюции галактик и крупномасштабной структуры;
- помогают проверить теорию ΛCDM и параметры, описывающие развитие Вселенной;
- служат ориентиром для будущих миссий, включая Nancy Grace Roman Space Telescope, которая сможет расширить зону картирования тёмной материи на гораздо большую площадь.
Заключение
Карта тёмной материи, созданная с помощью James Webb Space Telescope, стала одним из самых значительных шагов к пониманию невидимой стороны космоса. Она не только подтверждает ключевые теоретические предположения о том, как формировались структуры Вселенной, но и предоставляет самые чёткие на сегодня данные о том, как тёмная материя определяла распределение галактик и крупных космических объектов.
Эти результаты не только углубляют научное понимание устройства Вселенной, но и дают научной общественности новый инструмент для изучения вопросов, связанных с эволюцией космоса, от первых галактик до современной структуры Вселенной.
Источники:
Статья создана по материалам jpl.nasa.gov
