Для понимания природы нашего космоса необходима точная карта распределения галактик по нему. В течение десятилетий астрономы подозревали, что за плотным пылевым диском Млечного Пути на нашем небе скрывается нечто огромное. Были обнаружены косвенные, едва заметные искажения в движении галактик, свидетельствующие о необъяснимых гравитационных силах. Но сама структура и её размеры оставались скрытыми в труднодоступной для наблюдения части неба.
Теперь, используя южноафриканский радиотелескоп MeerKAT, астрономы смогли сфокусироваться на этой скрытой массе. Результат, доступный в виде препринта на arXiv и отправленный в журнал Astronomy & Astrophysics , представляет собой наиболее детальное на сегодняшний день изображение сверхскопления Вела. Обнаруженное совсем недавно, в 2016 году, это колоссальное скопление галактик находится на расстоянии примерно 800 миллионов световых лет и простирается примерно на 300 миллионов световых лет в поперечнике.
Сверхскопление Вела также находится за одним из самых труднодоступных для астрономии препятствий: зоной избегания. Эта область, где плотная плоскость Млечного пути блокирует видимый свет, заслоняет почти пятую часть неба. Оптические телескопы просто не могут сквозь неё видеть. «Вела была своего рода призраком», — говорит Рене Краан-Кортевег, профессор астрономии Кейптаунского университета и эксперт по крупномасштабной структуре в локальной Вселенной. Краан-Кортевег возглавляла группу, открывшую сверхскопление Вела, и является соавтором данной работы. «Мы могли предположить его присутствие, но не могли определить его полные размеры».
Космический аппарат MeerKAT, запущенный в 2018 году, меняет ситуацию, используя радиоволны. Вместо того чтобы полагаться на свет звёзд, который поглощается пылью, он регистрирует эмиссионную линию нейтрального водорода на длине волны 21 сантиметр (которая находится в радиодиапазоне) — сигнал, который практически беспрепятственно проходит сквозь пыль. Использование этого аппарата для исследования масштабов Велы оказалось революционным.
Вид сквозь Млечный Путь
Телескоп MeerKAT способен улавливать слабые сигналы водорода в галактиках, скрытых за Млечным Путем. Каждое обнаружение имеет свой уникальный «отпечаток»: частота водородной линии смещается в зависимости от скорости удаления галактики от нас — это явление называется красным смещением. Поскольку скорость удаления зависит от расстояния из-за расширения Вселенной, измерение этого смещения позволяет определить расстояние до галактики.
«Отслеживая линию нейтрального водорода в тысячах галактик, мы фактически восстанавливаем ее структуру в трех измерениях», — объясняет Константинос Колокитас, радиоастроном из Южноафриканской радиоастрономической обсерватории и исследователь, связанный с Университетом Родса, который не принимал участия в недавнем исследовании.
В ходе исследования было обнаружено более 2000 ранее не наблюдавшихся галактик, что заполнило существовавший ранее пробел в космических картах. То, что первоначально выглядело как слабое скопление вещества, теперь превратилось в массивную структуру с двумя плотными ядрами, которые, вероятно, движутся навстречу друг другу в рамках более крупной гравитационной системы.
Что особенно важно, водородный сигнал делает больше, чем просто указывает местоположение галактик. Хотя он отслеживает водород по всей популяции галактик, он особенно эффективен для выделения более холодных и плотных газовых резервуаров — сырья, из которого образуются новые звезды. В этом смысле карта показывает не только то, где находится материя, но и то, где в будущем может быть создана благоприятная среда для звездообразования.
Скрытый тяжеловес
Теперь, когда Вела нанесена на карту, ее масштабы невозможно игнорировать. По оценкам, структура содержит 30 миллионов миллиардов (3 x 10¹⁶) солнечных масс вещества, что делает ее одной из самых массивных известных структур в ближайшей Вселенной. Ее огромное гравитационное влияние меняет представления астрономов о движении в космических масштабах.
«В космологии масса определяет судьбу», — говорит Колокитас. «Подобные структуры создают гравитационные бассейны, области, которые притягивают галактики внутрь и приводят к крупномасштабным потокам». Это имеет значение для нашей планеты гораздо шире, чем может показаться на первый взгляд.
Астрономы давно знают, что Местная группа галактик — Млечный Путь, Андромеда и их спутники — движется в космосе со скоростью примерно 1,3 миллиона миль в час (2,2 миллиона км/ч) относительно космического микроволнового фонового излучения, которое пронизывает всю вселенную. Гравитационное притяжение известных структур, таких как Большой Аттрактор и Концентрация Шапли, объясняет большую часть этого движения. Но не всё. Вела, по-видимому, восполняет часть этого недостающего притяжения.
Благодаря своему положению и массе, она вносит значительный вклад в движение нашей галактики, помогая разрешить давнее несоответствие в моделях космического потока.
Помимо своей гравитационной роли, Вела демонстрирует тот факт, что исследованная нами Вселенная неполна.
Исторически сложилось так, что астрономы часто неявно рассматривали Зону Избегания как область меньшей важности, пустой участок, где может находиться мало что значимого. Вела опровергла это предположение. «Это не просто небольшая поправка, — говорит Краан-Кортевег. — Мы говорим о структурах масштаба крупнейших известных образований во Вселенной, скрытых на виду».
Если одна такая структура смогла оставаться незамеченной так долго, то другие, возможно, еще ждут своего часа.
Продвигаясь глубже
Наблюдения MeerKAT уже сейчас являются одними из самых чувствительных из когда-либо проводившихся в южной части неба, но они лишь предвестники того, что будет дальше. Предстоящий проект Square Kilometre Array (SKA) позволит углубить радиотелескопические исследования, обнаружив более слабые галактики и проследив тонкие нити, соединяющие сверхскопления в более крупную космическую сеть, разветвленную по всей Вселенной.
Если телескоп MeerKAT обнаружил ядро Велы, то SKA может показать, как оно связано с еще более крупными структурами, выходящими за пределы нынешних возможностей обнаружения. Со временем зона избегания может перестать существовать, потому что астрономы наконец-то научатся видеть сквозь нее.
Даже в хорошо изученной Вселенной крупные структуры могут оставаться незамеченными, и открытие Велы это доказывает. То, что когда-то было слепым пятном, теперь стало одной из самых информативных областей неба и ключом к пониманию того, как галактики, включая нашу собственную, движутся в космосе. В этом смысле это открытие не просто добавление еще одной структуры на карту. Речь идет о корректировке самой карты.
Статья «Обнаружено гигантское сверхскопление, скрывающееся за Млечным путем» впервые появилась в журнале Astronomy Magazine.