Ogromne włókno gazu rozciągające się przez kosmos może pomóc rozwiązać zagadkę brakującej materii we Wszechświecie.
Astronomowie zidentyfikowali masywne włókno gorącego gazu łączące cztery gromady galaktyk. Mając masę około dziesięć razy większą od masy Drogi Mlecznej, struktura ta może zawierać część „brakującej” materii we Wszechświecie. Odkrycia dokonano przy użyciu danych z teleskopów XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej i japońskiego teleskopu rentgenowskiego Suzaku.
Ponad jedna trzecia „normalnej” materii w pobliskim Wszechświecie — takiej, z której powstają gwiazdy, planety, galaktyki i życie — nie została jeszcze bezpośrednio zaobserwowana. Pomimo że ma ona zasadnicze znaczenie dla naszych obecnych modeli kosmosu, materia ta pozostaje ukryta.
Schemat pokazujący procentowy skład Wszechświata. Włókno odkryte przez naukowców składa się z gorącego gazu międzygalaktycznego (przedstawionego po prawej w cętkowanym czarno-żółtym kolorze), rodzaju „zwykłej materii”, która okazała się naprawdę trudna do znalezienia dla astronomów. Źródło: ESA
Powszechnie przyjmowanym wyjaśnieniem jest to, że materia ta znajduje się w rozproszonych, nitkowatych strukturach gazu zwanych włóknami, które obejmują najgęstsze obszary przestrzeni. Chociaż włókna zostały już wcześniej wykryte, ich słabe emisje utrudniają oddzielenie ich światła od pobliskich źródeł, takich jak galaktyki i czarne dziury.
Naukowcy właśnie pokonali to wyzwanie, wykrywając i precyzyjnie charakteryzując pojedyncze gorące włókno gazowe łączące cztery gromady galaktyk w pobliskim Wszechświecie.
„Po raz pierwszy nasze wyniki ściśle odpowiadają temu, co przewiduje aktualny model kosmosu” – mówi Konstantinos Migkas z Obserwatorium w Lejdzie w Holandii. „Wygląda na to, że nasze symulacje były prawidłowe od samego początku”.
Cztery gromady galaktyk. Obraz przedstawia skupisko jasnych, kolorowych plamek na czarnym tle. Plamki są głównie fioletowe z obszarami intensywnej jasności w środku, przechodzącymi z żółtego w zielony i niebieski. Są one połączone słabą fioletową strukturą, tworząc nieregularny wydłużony kształt z mglistymi obszarami na obu końcach. Źródło: ESA/XMM-Newton i ISAS/JAXA
XMM-Newton na tropie
Przy temperaturze przekraczającej 10 milionów stopni włókno utrzymuje około dziesięciokrotnie większą masę niż Droga Mleczna i łączy cztery gromady galaktyk – dwie na każdym końcu. Gromady te należą do Supergromady Shapley, ogromnego skupiska ponad 8000 galaktyk i jednej z najmasywniejszych struktur w pobliskim Wszechświecie.
Włókno rozciąga się diagonalnie przez supergromadę na 23 miliony lat świetlnych, co odpowiada drodze, jaką pokonalibyśmy przemierzając Drogę Mleczną od końca do końca około 230 razy.
Konstantinos i współpracownicy scharakteryzowali to włókno, łącząc obserwacje rentgenowskie z XMM-Newton i Suzaku oraz analizując dane optyczne z kilku innych instrumentów. Te dwa teleskopy rentgenowskie były idealnymi partnerami. Suzaku zmapował słabe światło rentgenowskie włókna na szerokim obszarze przestrzeni, podczas gdy XMM-Newton bardzo precyzyjnie wskazał inne źródła promieni rentgenowskich – mianowicie supermasywne czarne dziury – leżące w włóknie.
Na tym zdjęciu widać nowe włókno, które łączy cztery gromady galaktyk: dwa na jednym końcu, dwa na drugim. Gromady te są widoczne jako jasne punkty na dole i górze włókna (cztery białe kropki otoczone kolorem). Pstrokaty pas fioletu rozciąga się między tymi jasnymi kropkami, wyraźnie wyróżniając się na tle czarnego otaczającego nieba; jest to włókno emitującego promienie X gorącego gazu, którego wcześniej nie widziano i które zawiera kawałek „brakującej” materii. Fioletowe pasmo obejmuje dane z Suzaku. Astronomowie byli w stanie zidentyfikować i usunąć wszelkie możliwe „zanieczyszczające” źródła promieni X z włókna za pomocą XMM-Newton, pozostawiając czystą nić „brakującej” materii. Źródła te można zobaczyć tutaj jako jasne kropki. Źródło: ESA/XMM-Newton i ISAS/JAXA
Oprócz ujawnienia ogromnego i wcześniej niewidzianego pasma materii przebiegającego przez pobliski kosmos, odkrycie pokazuje, w jaki sposób niektóre z najgęstszych i najbardziej ekstremalnych struktur we Wszechświecie – gromady galaktyk – są połączone na kolosalnych odległościach. Rzuca ono również światło na samą naturę „kosmicznej sieci”, ogromnej, niewidzialnej pajęczyny włókien, która stanowi podstawę struktury wszystkiego, co widzimy wokół nas.
Opracowanie dokładnego obrazu kosmicznej sieci jest celem misji Euclid ESA. Wystrzelona w 2023 r. misja Euclid bada strukturę i historię tej sieci. Misja ta zagłębia się również w naturę ciemnej materii i energii – żadnej z nich nigdy nie zaobserwowano, mimo że stanowią one aż 95% Wszechświata – aby rozwiązać niektóre z największych i najdłużej trwających kosmicznych tajemnic.
Więćej informacji: publikacja “Detection of pure warm-hot intergalactic medium emission from a 7.2 Mpc long filament in the Shapley supercluster using X-ray spectroscopy” autorów K. Migkas i in., 2025, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202554944
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Symulacja „kosmicznej sieci”, rozległej sieci nici i włókien, która rozciąga się w całym Wszechświecie. Gwiazdy, galaktyki i gromady galaktyk ożywają w najgęstszych węzłach tej sieci i pozostają połączone rozległymi nićmi, które rozciągają się na wiele milionów lat świetlnych. Nici te są niewidoczne dla oka, ale można je odkryć za pomocą teleskopów, takich jak XMM-Newton ESA. Źródło: Illustris Collaboration / Illustris Simulation
