Масштабне нове дослідження раннього Всесвіту суттєво розширило уявлення вчених про те, як виглядає космічне середовище навколо молодих галактик. Виявилося, що гігантські гало з водню — невидимі оболонки газу, які огортають галактики, — зустрічаються значно частіше і мають набагато різноманітніші форми, ніж вважалося раніше.
Астрономи, які працюють із даними проєкту Hobby–Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX), змогли ідентифікувати десятки тисяч таких структур. Йдеться про так звані Lyman-альфа туманності — величезні скупчення водневого газу, що оточують галактики, які існували приблизно 10–12 мільярдів років тому.
Цей період у космічній історії відомий як «космічний полудень» — час, коли галактики формували зірки з максимальною інтенсивністю. Для цього їм потрібні були величезні запаси водню — основного «будівельного матеріалу» для зореутворення. Однак донедавна вчені знали лише про відносно невелику кількість таких газових гало.
Ситуація кардинально змінилася після публікації результатів у журналі The Astrophysical Journal. Кількість відомих гало зросла більш ніж у десять разів — із приблизно 3 тисяч до понад 33 тисяч. Це свідчить про те, що такі структури є не винятком, а типовим явищем у ранньому Всесвіті.
За словами керівниці дослідження Erin Mentuch Cooper, протягом останніх десятиліть науковці фактично працювали з обмеженим набором об’єктів. Нові дані дозволили не лише значно розширити вибірку, а й вперше детально дослідити форму та розміри цих гало, створивши повноцінний статистичний каталог.
Чому водень так важко побачити
Одна з головних складностей у дослідженні полягає в тому, що водень сам по собі не випромінює світло. Але якщо він знаходиться поруч із активними галактиками, де є багато гарячих зірок, ультрафіолетове випромінювання змушує газ слабко світитися. Саме це і дозволяє його зафіксувати — хоча для цього потрібні надзвичайно чутливі прилади та тривалі спостереження.
Раніше вчені могли бачити лише найяскравіші та найбільші гало, тоді як структури середнього розміру залишалися поза увагою. Тепер цей «прогал» вдалося заповнити.
Дані космічного масштабу
Проєкт HETDEX використовує телескоп Hobby-Eberly Telescope, розташований в обсерваторії Макдональд у США. Його головна мета — дослідження темної енергії, але зібрані дані також відкривають нові можливості для вивчення галактик.
Як зазначає один із керівників проєкту Karl Gebhardt, обсяг інформації вражає: дослідники вже зібрали майже пів петабайта даних, що охоплюють не лише самі галактики, а й простір між ними. Спостереження покривають ділянку неба, співмірну з понад 2000 повними Місяцями.
Ще один учасник команди, Dustin Davis, додає, що кожне спостереження дає близько 100 тисяч спектрів, тому масив даних відкриває величезні можливості для нових відкриттів.
Якими бувають гало
Нововиявлені гало мають різні розміри — від десятків тисяч до сотень тисяч світлових років у діаметрі. Деякі виглядають як компактні овальні хмари навколо однієї галактики, інші — як складні, розгалужені структури, що охоплюють одразу кілька галактик.
Найцікавішими дослідники називають саме такі складні форми — вони нагадують гігантські амеби з «відростками», що простягаються в космічний простір.
Крок до розуміння еволюції галактик
Щоб знайти ці гало, вчені відібрали близько 70 тисяч найяскравіших галактик із понад 1,6 мільйона, зафіксованих у межах проєкту. Використовуючи суперкомп’ютери, вони визначали, чи є навколо них характерна структура — щільне ядро з водню та більш розсіяна зовнішня оболонка.
Виявилося, що майже половина галактик має такі гало. Водночас дослідники припускають, що реальна частка може бути ще вищою — просто найслабші сигнали наразі важко зафіксувати.
Новий каталог із понад 33 тисяч гало відкриває шлях до глибших досліджень. Тепер астрономи можуть не лише знаходити ці структури, а й детально вивчати їх: як вони формуються, як розподіляється речовина у Всесвіті та як взаємодіють галактики між собою.
Як зазначає Dustin Davis, сучасні моделі еволюції галактик загалом працюють, але мають багато прогалин. Нові дані дозволять перевірити ці теорії, уточнити їх або навіть повністю переглянути.
У підсумку це відкриття допомагає зробити ще один крок до розуміння того, як формувався Всесвіт і яку роль у цьому процесі відіграє водень — найпоширеніший елемент у космосі.