Астрономы Калифорнийского технологического института получили уникальные снимки межгалактического пространства — крайне разреженного газа, соединяющего галактики во Вселенной. Изображения были получены с помощью прибора Cosmic Web Imager, разработанного и построенного инженерами Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology). До недавнего времени структура межгалактического пространства являлась, в большей степени, объектом исследования учёных-теоретиков. Однако, благодаря Cosmic Web Imager, установленному на 5,1-метровом Телескопе Хейла, который входит в состав Паломарской обсерватории (Palomar Observatory), астрономы получили первые трёхмерные снимки межгалактического пространства. Cosmic Web Imager позволяет совершенно по-иному взглянуть на галактическую и межгалактическую динамику. В частности, именно благодаря Cosmic Web Imager, удалось обнаружить одну возможную «спиральную галактику в процессе формирования», которая в три раза больше нашего Млечного Пути.
Cosmic Web Imager был разработан одним из преподавателей Калифорнийского технологического института Christopher Martin. Martin признается, что заинтересовался межгалактическим пространством ещё, когда был аспирантом. Межгалактическое пространство — это не только место скопления большей части «нормальной» материи во Вселенной, но и среда, в которой происходит формирование и рост галактик.
С конца 1980-х годов и по начало 1990-х, теоретики предсказывали, что первичный газ от Большого Взрыва распространяется неравномерно по космическому пространству, протекая исключительно по своего рода «каналам», опоясывающим галактики, которые создают подобие паутины. Эта «космическая сеть» — межгалактическое пространство — представлена мелкими и крупными «волокнами», скрестившимися друг с другом, когда галактики только формировались, а процессы звёздообразования в них протекали весьма активно.
Martin описывает крайне разреженный газ межгалактического пространства как «тусклую материю», которая кардинально отличается от яркой материи звезд и галактик, а также от темной материи и энергии, которой, по мнению учёных, представлена большая часть Вселенной. В 1930-м году Fritz Zwicky из Калифорнийского технологического института высказал предположение, что примерно 96% массы и энергии во Вселенной представлено именно темной энергией и материей, а оставшиеся 4% приходится на, так называемую, «нормальную» материю. Из этих 4% только ¼ часть представлена звездами, галактиками и яркими объектами, освещающими нашей ночное небо. Остаток — то есть примерно 3% — это и есть межгалактическое пространство.
По словам Martin «тусклую материю» крайне сложно увидеть. До создания Cosmic Web Imager наблюдения за межгалактическим пространством проводились посредством анализа событий поглощения света, указывающих на наличие материи, которые происходили между Землёй и отдалённым объектом, таким как квазар (ядро молодой галактики).
Как объясняет Martin, смотря на газ между Землей и квазаров, есть только одна линия визирования. Наблюдатель догадывается о том, что за линией визирования, как и перед ней, есть газ, но при этом нет никакой информации, подтверждающей, что газ распределён в трех измерениях, отмечает учёный.
Matt Matuszewski, бывший аспирант Калифорнийского технологического института, который помогал в строительстве Cosmic Web Imager, сравнивает линию визирования с наблюдениями за городскими пейзажами через узкую щель в заборе. Не видя картинки человек догадывается о том, что он уведёт тротуар, проезжую часть, много зданий, но только заглянув в щёлку, он может увидеть мосты, небоскрёбы, людей, идущих по переходу, объясняет Matuszewski. Только, сделав снимок, можно понять, как именно все компоненты сочетаются друг с другом, сложить все фрагменты пазла, отмечает учёный.
Martin и его команда сделали огромный шаг в наблюдениях на «тусклой» материей. Безусловно, там нет небоскрёбов и мостов, но от этого эти наблюдения с научной точки зрения не менее впечатляющие, признаются учёные.
Первые космические нити, идентифицированные Cosmic Web Imager, находятся вблизи двух очень ярких объектов: квазара QSO 1549+19 и так называемой «Капли Лайман-альфа» в скоплении галактик SSA22. Эти объекты были выбраны Martin для проведения первоначальных наблюдений, потому что они достаточно яркие для того, чтобы осветить межгалактическое пространство и повысить тем самым шансы на обнаружение сигнала.
Наблюдения показали наличие узкой нити, расположенной примерно в 1 млн. световых лет от Земли. Исходит эта нить из квазара и, вполне возможно, именно она снабжает галактику топливом, столь необходимым для роста галактики. Также было найдено три нити, окружающих «Каплю Лайман-альфа», характеризующиеся взвешенным вращением, которое показывает, что газ от этих нитей течет по направлению к «капле», влияя тем самым на её динамику.
Cosmic Web Imager — это спектрографический блок формирования изображений, производящий съемку в различных длинах волн одновременно. Следует отметить, что это мощная техника для исследования астрономических объектов, так как позволяет не только проводить наблюдения за ними, но и вычислять их состав, массу и скорость. В условиях, присущих космическим нитям, доминирующим элементом, по мнению учёных, выступает водород, излучающий свет в определённой ультрафиолетовой длине волны — серии Лаймана.
Сообщается, что объекты, наблюдения за которыми проводились посредством Cosmic Web Imager, сформировались примерно через 2 млрд. лет после Большого Взрыва, то есть как раз в то время, когда в галактиках весьма активно происходили процессы звёздообразования. По словам Martin, Капля Лайм-альфа, вероятнее всего, представлена гигантским протогалактическим диском, диметром порядка 300 тысяч световых лет, что в три раза больше диаметра Млечного Пути.
Разработка и строительство Cosmic Web Imager осуществлялись на средства грантов от NSF и Калифорнийского технологического института. После установки прибора на одном из телескопов Паломарской обсерватории, команда Martin приступила к разработке более чувствительной и универсальной версии Cosmic Web Imager для W. M. Keck Observatory на Маун Кеа на Гавайях. По словам Martin, газообразные нити и структуры, которые удалось увидеть вокруг квазара и Капли Лайман-альфа, необычайно яркие. Он отмечает, что цель его команды — увидеть межгалактическое пространство в полном масштабе.
Также планируются проведение наблюдений за межгалактическим пространством посредством воздушного шара в рамках проекта FIREBALL (Faint Intergalactic Redshifted Emission Balloon, нескольких спутников ISTOS (Imaging Spectroscopic Telescope for Origins Surveys).
