Universumia tunkeutuu laaja, näkymätön verkko, jonka jänteet kudottuvat avaruuden läpi. Mutta huolimatta avaruudessa näkemämme asian organisoinnista, tämä tumma verkko on näkymätön. Tämä johtuu siitä, että se koostuu tummasta aineesta, joka vetää gravitaation, mutta ei säteile valoa.
Eli verkko oli näkymätön toistaiseksi. Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa valaistaneet joitain maailmankaikkeuden pimeimmistä kulmista.
Kudonta verkossa
Kauan sitten maailmankaikkeus oli kuumempi, pienempi ja tiheämpi kuin nyt. Se oli myös keskimäärin paljon tylsää. Tiheydessä ei ollut paljon eroja paikasta toiseen. Totta, avaruus oli kaiken kaikkiaan paljon ahdasmpaa, mutta nuoressa maailmankaikkeudessa asiat olivat melko samat.
Mutta tiheydessä oli pieniä, satunnaisia eroja. Näillä hölynpölyillä oli hiukan enemmän painovoimaa kuin ympäröivällä naapurialueellaan, ja niin aine pyrki virtaamaan niihin. Kasvaen suuremmiksi tällä tavoin, he kehittivät vielä voimakkaamman painovoimavaikutuksen, vetäen enemmän ainetta sisään, aiheuttaen niistä suurempia ja niin edelleen ja niin edelleen miljardeja vuosia. Samanaikaisesti, kun pilatut kasvoivat, niiden väliset tilat tyhjenivät.
Kosmisen ajan kuluessa rikkaat rikastuivat ja köyhemmät köyhentyivät.
Lopulta tiheistä pisteistä tuli ensimmäisiä tähtiä, galakseja ja klustereita, kun taas niiden välisistä välilyönteistä tuli suuria kosmisia tyhjiöitä.
Nyt, 13,8 miljardia vuotta tähän massiiviseen rakennusprojektiin, työ ei ole vielä valmis. Aine virtaa edelleen tyhjistä tiloista, liittymällä galaksiryhmiin, jotka virtaavat tiheisiin, rikkaisiin klustereihin. Meillä on tänään laaja, monimutkainen ainefilamenttien verkko: kosminen verkko.
Valoa pimeässä
Suurin osa maailmankaikkeuden aineesta on tummaa; se ei ole vuorovaikutuksessa valon tai minkään "normaalin" aineen kanssa, jota näemme tähtinä ja kaasupilvina ja muina mielenkiintoisina. Seurauksena on, että suuri osa kosmisesta verkosta on meille täysin näkymätön. Onneksi siellä, missä pimeän aineen altaat ovat, se vetää myös joitain tavallisia aineita liittymään hauskanpitoon.
Universumimme tiheimmissä taskuissa, joissa tumman aineen gravitaation kuiskaukset ovat vaikuttaneet tarpeeksi säännölliseen aineeseen yhdistyäkseen, näemme valon: Normaali aine on muuttunut itsestään tähtiin.
Tähdet ja galaksit kertovat meille, mihin piilotettu tumma aine piilee, kuten majakka kaukaisella mustalla merenrannalla, antaen meille aavemaisen kuvan kosmisen webin todellisesta rakenteesta.
Tämän puolueellisen näkemyksen avulla näemme helposti klusterit. Ne aukeavat kuin punasilmäisyyden lennosta nähdyt jättiläiset kaupungit. Tiedämme varmasti, että näissä rakenteissa on valtava määrä tummaa ainetta, koska tarvitset paljon painovoimaominaisuutta yhdistääksesi niin monta galaksia.
Ja spektrin vastakkaisessa päässä voimme havaita tyhjät alueet helposti; ne ovat paikkoja, joissa kaikki asia ei ole. Koska näitä tiloja ei valaise galakseja, tiedämme, että ne ovat suurelta osin todella tyhjiä.
Mutta kosmisen rainan loisto on itse filamenttien herkissä linjoissa. Nämä venyvät miljoonien valovuosien ajan, nämä ohuet galaksien jännökset toimivat kuin suuret kosmiset moottoritiet, jotka ylittävät mustia tyhjiöitä ja yhdistävät kirkkaat kaupunkiklusterit.
Läpinäkyvän linssin läpi
Ne kosmeettisessa verkossa olevat filamentit ovat vaikeinta osaa tutkia verkkoa. Heillä on joitain galakseja, mutta ei paljon. Ja heillä on kaikenlaisia pituuksia ja suuntauksia; verrattuna klusterit ja tyhjät alueet ovat geometristä lapsen leikkiä. Joten vaikka olemme tietäneet filamenttien olemassaolosta tietokonesimulaatioiden avulla vuosikymmenien ajan, meillä on ollut vaikea tosiasiallisesti, tiedätte, nähdä ne.
Äskettäin kuitenkin joukko tähtitieteilijöitä edistyi merkittävästi kosmisen web-sivustomme kartoittamisessa, julkaisemalla tulokset 29. tammikuuta arXiv-tietokantaan. Näin he menivät liiketoimintaan:
Ensin he ottivat ns. Valoisat punaiset galaksit (LRG) -luettelon Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) -tutkimuksesta. LRG: t ovat massiivisia galaksien petoja, ja niillä on taipumus istua tummien aineiden tiheiden pinojen keskuksissa. Ja jos LRG: t sijaitsevat tiheimmillä alueilla, niin ne yhdistävien linjojen tulisi olla herkempiä filamentteja.
Mutta kahden LRG: n välisen tilan katsominen ei tule olemaan tuottava; siellä ei ole paljon tavaraa. Joten, joukkue otti tuhansia pareja LRG: itä, kohdisti ne uudelleen ja pinoi ne toistensa päälle yhdistelmäkuvan luomiseksi.
Tätä pinottua kuvaa käyttämällä tutkijat laskivat kaikki galaksit, joita he voivat nähdä, laskemalla yhteen niiden kokonaisvaloarvon. Tämä antoi tutkijoille mahdollisuuden mitata, kuinka paljon normaali aine muodosti säikeistä LRG: ien välillä. Seuraavaksi tutkijat tarkastelivat filamenttien takana olevia galakseja ja erityisesti niiden muotoja.
Kun valo näistä taustagalakseista lävisi väliin tulevat filamentit, näiden filamenttien tumman aineen painovoima painoi kevyesti valoa, siirtäen niin hiukan näiden galaksien kuvia. Mittaamalla siirtymän määrää (tutkijoiden nimittämä "leikkaus") ryhmä pystyi arvioimaan tummien aineiden määrän säikeissä.
Tämä mitta oli rinnastettu teoreettisiin ennusteisiin (toinen piste tumman aineen olemassaololle). Tutkijat vahvistivat myös, että säikeet eivät olleet täysin tummia. Jokaista 351 auringon arvoista massaa filamenteissa oli 1 auringon arvoinen valoteho.
Se on raakakartta filamenteista, mutta se on ensimmäinen, ja se osoittaa ehdottomasti, että vaikka meidän kosminen verkko on enimmäkseen tummaa, se ei ole täysin musta.
Paul M. Sutter on astrofysiikka SUNY Stony Brookissa ja Flatiron-instituutissa, Ask Space Spacemanin ja Space Radio -radion isäntä ja kirjasi Your Place in the Universe -sivustolle.
