Hvor mørk er den kosmiske web?

Universet gennemsyres af et stort, usynligt web, hvor dets snoretråde væver gennem rummet. Men på trods af at vi organiserer det, vi ser i rummet, er denne mørke web usynlig. Det skyldes, at det er sammensat af mørkt stof, som udøver en tyngdekrafttrækning, men ikke udsender noget lys. 

Det vil sige, at nettet indtil nu var usynligt. For første gang har forskere belyst nogle af universets mørkeste hjørner. 

Relaterede: De 11 største ubesvarede spørgsmål om mørk stof

Vævning af nettet

For længe siden var universet varmere, mindre og tættere end det er nu. Det var også i gennemsnit meget mere kedeligt. Der var ikke meget variation i densitet fra sted til sted. Sikker på, at pladsen generelt var meget mere trang, men i det unge univers, uanset hvor du gik, var ting stort set det samme.

Men der var små tilfældige forskelle i densitet. Disse nuggets havde lidt mere tyngdekrafttræk end deres omgivende kvarter, og derfor havde stoffet en tendens til at strømme ind i dem. Ved at vokse sig større på denne måde udviklede de en endnu stærkere tyngdekraftpåvirkning, og trak mere stof ind, hvilket fik dem til at være større, og så videre og så videre i milliarder af år. Samtidig, som nuggets voksede ud, blev mellemrummet mellem dem tømt ud.

I løbet af den kosmiske tid blev de rige rigere, og de fattige blev fattige.

Til sidst voksede de tætte lapper til at blive de første stjerner, galakser og klynger, mens mellemrummet mellem dem blev de store kosmiske hulrum.

Nu, 13,8 milliarder år ind i dette massive byggeprojekt, er jobbet ikke helt færdigt. Materiale strømmer stadig ud af hulrummet og slutter sig til grupper af galakser, der strømmer ind i tæt, rig klynger. Det, vi har i dag, er et enormt, komplekst netværk af filamenter af materie: den kosmiske web.

Et lys i mørket

Langt de fleste stoffer i vores univers er mørke; det interagerer ikke med lys eller med nogen af ​​de "normale" sager, som vi ser som stjerner og gasskyer og andre interessante ting. Som et resultat er meget af den kosmiske web fuldstændig usynlig for os. Heldigvis, hvor den mørke substans samles, trækkes den også langs en regelmæssig sag for at deltage i det sjove.

I de tætteste lommer i vores univers, hvor tyngdekraftens hviskninger af mørkt stof har påvirket nok regelmæssigt stof til at samle sig, ser vi lys: Den regelmæssige stof har omdannet sig til stjerner.

Som et fyrtårn på en fjern, sort kyst, fortæller stjernerne og galakserne, hvor den skjulte mørke stof lurer, hvilket giver os en spøgelsesrig oversigt over den kosmiske webs sande struktur.

Med denne partiske visning kan vi let se klyngerne. De popper ud som gigantiske byer set fra en røde øjne flyvning. Vi ved med sikkerhed, at der er en enorm mængde mørkt stof i disse strukturer, da du har brug for en masse tyngdepunkt til at samle de mange galakser sammen.

Og i den modsatte ende af spektret kan vi let få øje på hulrummene; de er de steder, hvor alt ikke er tilfældet. Fordi der ikke er nogen galakser, der kan belyse disse rum, ved vi, at de stort set er tomme.

Men storheden ved den kosmiske bane ligger i filamentets sarte linjer. Disse tynde galakser, der strækker sig i millioner af lysår, fungerer som store kosmiske motorveje, der krydser sorte hulrum, og forbinder lyse byklynger.

Gennem en svag linse

Disse filamenter i den kosmiske web er den sværeste del af nettet at studere. De har nogle galakser, men ikke meget. Og de har alle mulige længder og orienteringer; til sammenligning er klynger og hulrum geometrisk børns leg. Så selvom vi har kendt til eksistensen af ​​filamenter gennem computersimuleringer i årtier, har vi haft det svært ved, at du ved, at se dem.

For nylig gjorde et team af astronomer dog et stort fremskridt med at kortlægge vores kosmiske web og offentliggjorde deres resultater 29. januar til arXiv-databasen. Her er, hvordan de gik til forretning:

Først tog de et katalog over såkaldte lysende røde galakser (LRG'er) fra Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) -undersøgelsen. LRG'er er massive galaksedyr, og de har en tendens til at sidde i centrum af tætte klatter af mørkt stof. Og hvis LRG'erne sidder i de tætteste regioner, bør linjer, der forbinder dem, være lavet af de mere delikate filamenter.

Men at stirre på mellemrummet mellem to LRG'er vil ikke være produktivt; der er ikke en masse ting der. Så teamet tog tusinder af par LRG'er, tilpassede dem og stablede dem oven på hinanden for at skabe et sammensat billede.

Ved hjælp af dette stablede billede tællede forskerne alle de galakser, de kunne se, og tilføjede deres samlede lysbidrag. Dette gjorde det muligt for forskere at måle, hvor meget normalt stof der udgør filamenterne mellem LRG'erne. Derefter kiggede forskerne på galakserne bag filamenterne og specifikt på deres former.

Da lys fra disse baggrundsgalakser gennemborede de mellemliggende filamenter, tyngdekraften fra det mørke stof i disse filamenter skubbede lyset forsigtigt, og skiftede billederne af disse galakser nogensinde så lidt. Ved at måle forskydningsmængden (kaldet "forskydning" af forskerne) kunne teamet estimere mængden af ​​mørkt stof i filamenterne.

Denne foranstaltning er opbygget med teoretiske forudsigelser (et andet punkt for eksistensen af ​​mørkt stof). Forskerne bekræftede også, at filamenterne ikke var helt mørke. For hver 351 solsmasse værd i filamenterne var der 1 sols værdi af lysudbytte. 

Det er et groft kort over filamenterne, men det er det første, og det viser bestemt, at selvom vores kosmiske web stort set er mørk, er den ikke helt sort. 

Paul M. Sutter er astrofysiker ved SUNY Stony Brook og Flatiron Institute, vært for Ask a Spaceman og Space Radio og forfatter af Your Place in the Universe.

• De største ubesvarede spørgsmål inden for fysik
• Hvad er det? Dine fysiske spørgsmål besvaret
• Kosmiske rekordholdere: De 12 største objekter i universet

Oprindeligt offentliggjort den .