Темная материя, недоступная прямому наблюдению в оптическом и инфракрасном диапазонах, играет определяющую роль в устройстве мироздания. Без нее формирование звезд и галактик в нынешних объемах происходило бы много медленнее, поставив под угрозу существование наблюдаемой Вселенной. Поскольку эта гипотетическая субстанция не излучает и не поглощает свет, о ее присутствии ученые судят по гравитационному влиянию на видимую материю и свет от далеких галактик.
Один из наиболее надежных методов таких исследований — гравитационное линзирование, при котором массивные структуры слегка искажают формы фоновых объектов. До сих пор карты, построенные таким образом, либо охватывали большие участки неба с низкой детализацией, либо отличались высоким разрешением, но на очень малых масштабах.
Авторы новой научной работы, представленной в журнале Nature Astronomy, команда под руководством Дианы Сконьямильо (Diana Scognamiglio) из Лаборатории реактивного движения NASA, использовала данные обзорной программы COSMOS-Web. Их получили с помощью инфракрасной камеры NIRCam, установленной на борту космического телескопа «Джеймс Уэбб».
Проанализировав изображения в двух инфракрасных диапазонах, астрономы измерили формы более чем 179 тысяч далеких галактик. Благодаря исключительному качеству изображений исследователи достигли плотности измерений, составляющей приблизительно 129 галактик на квадратную угловую минуту — более чем вдвое выше, чем в предыдущих картах, построенных по данным «Хаббла».
Эти измерения легли в основу разработки карты распределения массы на изучаемом участке неба. Подход позволил различить не только массивные скопления галактик, но и тонкие нити темной материи — так называемые филаменты, соединяющие скопления в единую космическую сеть, — а также области с пониженной плотностью вещества. Кроме того, карта прослеживает структуры на больших космологических расстояниях, сформировавшихся на ранних этапах эволюции Вселенной.
Сравнение новой карты с данными, ранее полученными в других диапазонах, в том числе рентгеновском, показало, что в большинстве случаев плотные сгустки массы совпадают с известными скоплениями галактик. Особый интерес представляют структуры, почти невидимые в свете или рентгеновском излучении. Это указывает на существование «скрытых» или малосветящихся областей, где доминирует темная материя.
Полученная карта, по мнению авторов исследования, стала своеобразным эталоном для проверки космологических моделей и свойств темной материи. Дальнейшие наблюдения позволят изучить, как окружающая среда влияет на эволюцию галактик, а также проследить рост космических структур с беспрецедентной точностью. Если выводы ученых верны, орбитальная обсерватория «Джеймс Уэбб» смогла не только заглянуть в раннюю Вселенную, но и буквально «взвесить» ее невидимую основу.