I de største skalaene spenner nettverk av gassformede filamenter hundrevis av millioner lysår, som forbinder massive galakse-klynger. Men denne gassen er så sjelden, det er umulig å se direkte.
I årevis har astronomer brukt kvasarer - strålende galaktiske sentre drevet av supermassive sorte hull som raskt henter materiale - for å kartlegge den ellers usynlige saken.
Men nå, for første gang, har et team av astronomer ledet av Khee-Gan Lee, et post-doc ved Max Planck Institute for Astronomy, klart å lage et tredimensjonalt kart over den store skalaen til universet ved hjelp av fjerne galakser. Og fordelene er mange.
Vitenskapen har alltid gått litt slik: når det sterke lyset fra en fjern kvasar beveger seg mot Jorden, møter den de mellomliggende skyene med hydrogengass og blir delvis absorbert. Dette etterlater mørke absorpsjonslinjer i kvasarens spekter.
Hvis universet var statiske, ville de mørke absorpsjonslinjene alltid være plassert på samme sted (121 nanometer for den såkalte Lyman-alfa-linjen) i kvasarspekteret. Men fordi universet ekspanderer, flyr den fjerne kvasaren bort fra jorden i rask hastighet. Dette tøyer kvasarens lys, slik at hver mellomliggende hydrogengasssky skyter sin absorpsjonssignatur på et annet område i kvasarets spekter, og etterlater en skog av linjer.
Derfor kan detaljerte målinger av flere kvasars spektre tett sammen faktisk avsløre den tredimensjonale naturen til de mellomliggende hydrogenskyer. Men galakser er nesten 100 ganger så mange enn kvasarer. Så i teorien skulle de gi et mye mer detaljert kart.
Det eneste problemet er at galakser også er omtrent 15 ganger svakere enn kvasarer. Så astronomer trodde de rett og slett ikke var lyse nok til å se godt i det fjerne universet. Men Lee gjennomførte beregninger som antydet noe annet.
"Jeg ble overrasket over å finne at eksisterende store teleskoper allerede burde være i stand til å samle tilstrekkelig lys fra disse svake galaksene til å kartlegge absorpsjonen i forgrunnen, om enn i en lavere oppløsning enn det som ville være mulig med fremtidige teleskoper," sa Lee i en nyhetsmelding. "Likevel vil dette gi et enestående syn på det kosmiske nettet som aldri har blitt kartlagt på så store avstander."
Lee og kollegene brukte det 10 meter lange Keck I-teleskopet på Mauna Kea på Hawaii for å se nærmere på de fjerne galakser og skogen med hydrogenabsorpsjon innebygd i spektraene deres. Men selv været på Hawaii kan bli stygt.
"Vi var ganske skuffet fordi været var forferdelig, og vi klarte bare å samle noen timer med god data," sa medforfatter Joseph Hennawi, også fra Max Planck Institute for Astronomy. "Men ut fra datakvaliteten da den kom fra teleskopet, var det allerede klart for meg at eksperimentet kom til å fungere."
Teamet klarte bare å samle inn data i fire timer. Men det var fremdeles enestående. De så på 24 fjerne galakser, som ga tilstrekkelig dekning av en liten himmellapp og tillot dem å kombinere informasjonen i et tredimensjonalt kart.
Kartet avdekker den store skalaen til universet da det bare var en fjerdedel av sin nåværende alder. Men teamet håper å snart analysere kartet for mer informasjon om strukturens funksjon - følge strømningene av kosmisk gass når det trakte bort fra tomrom og inn på fjerne galakser. Det vil gi en unik historisk oversikt over hvordan galakse klynger og hulrom vokste fra inhomogeniteter i Big Bang.
Resultatene er publisert i Astrophysical Journal og er tilgjengelige online.
