Новый снимок, полученный с помощью мощной камеры тёмной энергии (DECam) на четырехметровом телескопе Виктора М. Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили, позволил заглянуть в скопление галактик Волосы Вероники, расположенное примерно в 321 миллионе световых лет от нас в созвездии Волосы Вероники.

Это скопление, состоящее из более чем 1000 галактик, оставило значительный след в изучении тёмной материи. Именно здесь астроном Калтеха Фриц Цвикки в 1937 году впервые обнаружил доказательства существования тёмной материи. Он заметил, что галактики в скоплении движутся быстрее, чем позволяет гравитационное поле, создаваемое всей видимой материей скопления. Фактически, галактики движутся так быстро, что по всем правилам они должны были вылететь из скопления и разлететься в глубоком космосе. Таким образом, Цвикки пришёл к выводу, что в скоплении Волосы Вероники должно быть значительное количество невидимой, или «тёмной», материи, но его идеи в то время считались слишком радикальными.

Только в конце 1960-х и начале 1970-х годов, когда Вера Рубин и Кент Форд систематически находили доказательства присутствия тёмной материи в галактиках, изучая их кривые вращения — то есть, насколько быстро движутся звёзды и газ в этих галактиках, — астрономы стали серьёзно относиться к гипотезе о существовании тёмной материи.

Сегодня известно, что 90% массы скопления Волосы Вероники состоит из тёмной материи.

Начиная с тех ранних вех, сочетание наблюдений и теории также привело к стандартной модели космологии, которая изображает вселенную, пронизанную космической паутиной тёмной материи и пронизанную обычной материей в форме газа и пыли. Галактики, как правило, формируются вдоль нитей этой паутины, а в узлах паутины, где нити соединяются, астрономы обнаруживают скопления галактик.

Изображение, снятое камерой Dark Energy. Две большие галактики в центре скопления — NGC 4889 и NGC 4874. Источник: CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA

Исследование 2020 года, проведённое группой под руководством Николы Малавази из Университета Людвига-Максимилиана в Германии, показало, что скопление связано с тремя отдельными нитями космической паутины, причём две из нитей особенно заметны. Тёмная материя, газ и даже целые галактики текут вдоль нитей и попадают в скопление Волосы Вероники, где нити встречаются. Одна из нитей находится на западной стороне (с нашей точки зрения) скопления и совпадает с ударной волной, испускающей рентгеновские лучи, которая создаётся при столкновении падающего вещества из нити со средой внутри скопления, горячим газом, заполняющим пространство между галактиками в скоплении.

Другая нить обнаружена в северо-восточном углу скопления и связана с небольшой группой галактик, окружающих гигантскую эллиптическую галактику NGC 4839, которая падает в скопление. В частности, эта нить приносит чистый, холодный водородный газ, который зажигает звездообразование в этом углу скопления. Это также показывает, что скопление всё ещё аккрецирует материю и растёт в массе через эти нити. В целом, чем больше нитей соединяется со скоплением, тем массивнее это скопление и тем быстрее, по-видимому, происходит эволюция галактик, с большим количеством красных эллиптических и линзовидных галактик, где звездообразование практически прекратилось.

Ранее в этом году астрономы из Южной Кореи и США смогли применить технику слабого гравитационного линзирования, чтобы обнаружить внутрикластерные нити тёмной материи, простирающиеся через скопление Волосы Вероники. Эти внутрикластерные нити похожи на усики на конце более крупных нитей космической паутины и фактически питают скопление тёмной материей. Они были обнаружены с помощью инструмента Hyper Suprime-Cam на телескопе Subaru на Мауна-Кеа (Гавайи), который обнаружил тонкий эффект массы нитей тёмной материи, создающих достаточно гравитации, чтобы искривить пространство настолько, чтобы слегка исказить свет галактик вокруг них.

Волокна космической паутины также могут связывать соседние скопления галактик: волокно соединяет скопление со скоплением Льва, а вместе эта пара образует Сверхскопление Волосы Вероники, насчитывающее более 3000 галактик и охватывающее 20 миллионов световых лет в пространстве.

Несмотря на своё название, камера тёмной энергии, которая сделала этот снимок, не занимается изучением тёмной энергии, поскольку была инструментом исследований с 2013 по 2019 год. Теперь эта 570-мегапиксельная астрономическая камера стала универсальной «рабочей лошадкой», регулярно создавая невероятные изображения, в том числе и это.

Подробнее на iXBT