I den kalla vildmarken rymmer galaxer ihop runt stjärnorna för eldar och den säkra dragningen av supermassiva svarta hål. Mellan dessa mysiga kluster av galaxer, där tomt utrymme sträcker sig i miljoner ljusår runt omkring, överbryggar en svag motorväg gasen mörkret.
Detta gasformiga, intergalaktiska nätverk är känt i kosmologiska modeller som den kosmiska webben. Tillverkad av långa vätgastrådar kvar från Big Bang, tros webben innehålla de flesta (mer än 60%) av gasen i universum och att direkt mata alla de stjärnproducerande regionerna i rymden. I korsningarna där filament överlappar visas galaxer. Åtminstone är det teorin.
De galaktiska banans glödtrådar har aldrig direkt observerats förut, eftersom de är bland universumets svagaste strukturer och lätt överskuggas av galaxernas glöd runt dem. Men nu, i en studie som publicerades idag (3 oktober) i tidskriften Science, har forskare kullat ihop det första fotografiet av kosmiska filament som någonsin har konvergerat i en avlägsen galaxkluster, tack vare några av de mest känsliga teleskop på jorden.
Bilden (nedan) visar blå trådar av väte som korsar genom ett kluster av gamla vita galaxer, som ligger ungefär 12 miljarder ljusår bort från Jorden (vilket innebär att galaxerna föddes ungefär de första miljarder och ett halvt år efter Big Bang). Tänd försiktigt av själva galaxernas ultravioletta glöd, sträcker sig filamenten i mer än 3 miljoner ljusår, vilket bekräftar deras status som några av de mest gargantuanska strukturerna i rymden.
"Dessa observationer av de svagaste, största strukturerna i universum är en nyckel till att förstå hur vårt universum utvecklats genom tiden", skrev Erika Hamden, en astronom vid University of Arizona Steward Observatory, i en åtföljande kommentar till den nya studien. (Hamden var inte involverad i forskningen.) Dessa observationer, tilllade Hamden, är "bara toppen av isberget" av kosmisk webbdetektering, med forskning som avslöjar ytterligare bilder av webben i andra gamla hörn av rymden.
Ansluter till webben
Som den nya studien konstaterar, är vätorna av väte som utgör den kosmiska banans filament så svaga att de knappt kan skiljas från den tomma himlen. Så, hur lyckades forskarna medföra dessa funktioner ur mörkret? Genom att använda galaxerna på webben "som kosmiska ficklampor", skrev Hamden.
Med hjälp av ett instrument som kallas Multi Unit Spectroscopic Explorer på European Southern Observatory's Very Large Telescope, zoomade forskarna in på en gammal klump av galaxer belägna i Aquarius-konstellationen, känd för att vara både extremt enorm och extremt gammal. Ljus från nyfödda stjärnor och materie-strimlande svarta hål upplyste svagt viskarna av väte som virvlar runt och mellan dessa galaxer, vilket gör det möjligt för forskarna att kartlägga en vag beskrivning av den kosmiska banans filament där.
Observationerna avslöjade två parallella vägar med väte som förbinder de galaktiska prickarna under miljoner ljusår, överbryggade av en tredje gasström som förbinder dem diagonalt som en kosmisk off-ramp. Trots de kosmologiska modellerna tycktes gasfilamenten direkt mata de mest aktiva stjärnbildande galaxerna på nätet och pumpade väte direkt in i nyfödda sols hus och hungriga svarta hål.
Denna studie ger det mest övertygande beviset ännu att den kosmiska webben existerar, precis som modeller förutspår, skrev Hamden. Studien av strukturer som är så svaga och långt borta har dock uppenbara begränsningar. För det ena är det nästan omöjligt att säga var kanterna på varje vätefilamentände och tomt utrymme börjar, vilket gör det möjligt för olika forskare att definiera filamentens gränser annorlunda, vilket kan resultera i olika bilder på strukturerna. Dessutom kan markbaserade teleskop upptäcka filament från endast de mest avlägsna, forntida galaxkluster, som avger tillräckligt med ljus för att avslöja hur den kosmiska banan dök upp strax efter Big Bang.
Ett rymdbaserat UV-teleskop kan öppna dörren för att studera hur webben ansluter till yngre, svagare galaxer, men att använda ett sådant instrument skulle vara svårt och dyrt, skrev Hamden. I slutändan lägger denna nya studie inte jordens stargazers närmare de gamla och mystiska världarna över hela universum - men det påminner oss om att vi kan vara mer kopplade till dem än vi trodde.
