Астрономи, які використовують дані, отримані з допомогою Космічного телескопа імені Габбла, застосували новий метод виявлення темної матерії в скупченнях галактик. Він дозволяє астрономам «бачити» розподіл темної матерії точніше, ніж будь-який інший метод, відомий досі. Цей «революційний» метод можна використати для встановлення природи темної матерії. Результати науковців оприлюднив журнал «Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства» (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society).
В останні десятиліття астрономи намагалися зрозуміти природу таємничої субстанції, що складає більшу частину матерії нашого всесвіту ― темної матерії, та з’ясувати її розподіл [1]. Тепер двоє науковців з Австралії та Іспанії використали дані з програми Frontier Fields Космічного телескопа імені Габбла для точного вивчення розподілу темної матерії [2].
Зображення скупчення галактик AbellS1063, отримане Космічним телескопом імені Габбла як частина програми Frontier Fields. Величезна маса скупчення, що містить як баріонну речовину, так і темну матерію, діє як космічне збільшувальне скло і деформує зображення предметів, що лежать позаду нього. Раніше астрономи використовували цей ефект гравітаційного лінзування для встановлення розподілу темної матерії в скупченнях галактик. Однак більш точним та швидшим способом є вивчення внутрішнього світла скупчення (показаного синім), яке має такий розподіл, як і темна матерія. Фото з сайту www.spacetelescope.org.
«Ми знайшли спосіб побачити темну матерію», — пояснила Мірія Монтес (MireiaMontes) з Університету Нового Південного Уельсу (Австралія), головний автор дослідження. «Ми виявили, що дуже слабке світло в скупченнях галактик, тобто внутрішнє світло в скупченні, показує, як розподілена темна матерія».
Внутрішнє світло скупчення є побічним продуктом взаємодії між галактиками. Під час цих взаємодій окремі зорі відриваються від своїх галактик і вільно переміщуються всередині скупчення. Коли вони звільняються від своїх галактик, то потрапляють в місце, де міститься більша частина маси скупчення, головно темна матерія.
«Ці зорі мають такий розподіл, як і темна матерія, наскільки наша сучасна технологія дозволяє нам це спостерігати», — зауважила Монтес. І темна матерія, і ці ізольовані зорі, які створюють внутрішнє світло скупчення, діють як окремі компоненти. Вони підвладні гравітаційному потенціалу скупчення. Дослідження показало, що внутрішнє світло скупчення надходить звідти, де міститься темна матерія, що дає змогу відстежувати її розподіл більш точно, ніж будь-який інший відомий нині спосіб, заснований на реєстрації світла.
Цей метод ефективніший, ніж складніший метод з використанням гравітаційної лінзи. Останній вимагає як точної реконструкції лінз, так і трудомістких спектроскопічних спостережень. Натомість метод, запропонований Монтес, потребує лише «глибокого» зображення. Це означає, що за однаковий час спостережень з допомогою нового методу можна вивчити більше скупчень, ніж методом гравітаційної лінзи.
Результати дослідження відкривають шлях до вивчення природи темної матерії. «Якщо темна матерія взаємодіє між собою, то ми можемо виявити це як крихітні відхилення у її розподілі порівнюючи з цим слабким зоряним світлом», — підкреслив Іґнасіо Трухільо (Ignacio Trujillo) з Інституту астрофізики Канарських островів (Instituto de Astrofísica de Canarias, Іспанія), співавтор дослідження. Нині про темну матерію відомо лише те, що, як видається, вона взаємодіє із звичайною матерією тільки гравітаційно. Якщо з’ясується, що вона взаємодіє сама з собою, з’являться значні обмеження на її природу.
Наразі Монтес і Трухільо планують вивчити додатково шість скупчень галактик, щоб з’ясувати, наскільки точно працює запропонований ними метод. Важливим випробуванням цього методу будуть спостереження та аналіз скупчень галактик іншими групами дослідників, щоб отримати додаткові дані та підтвердити висновки авторів методу.
Науковці також з нетерпінням чекатимуть застосування цього методу під час спостережень на майбутніх космічних телескопах, таких як космічний телескоп «Джеймс Вебб», що матиме ще чутливіші інструменти, здатні реєструвати слабке внутрішнє світло скупчення галактик в далекому Всесвіті.
«Є цікаві перспективи, які ми отримаємо в найближчі роки, вивчаючи сотні скупчень галактик», ― підсумував Іґнасіо Трухільо.
Примітки
[1] Темна матерія становить близько 85% речовини у Всесвіті та приблизно чверть його повної енергії та матерії. Вона не виділяє електромагнітного випромінювання — її наявність можна визначити лише через гравітаційні ефекти.
[2] Програма FrontierFields(«Пограничні поля Габбла») ― це ініціатива з отримання «глибоких» зображень (дуже далеких об’єктів — Ред.), спрямована на використання сильних гравітаційних лінз від скупчень галактик, щоб побачити дуже віддалені о’бєкти. Це дає змогу отримати розуміння раннього Всесвіту та еволюції галактик. Виконуючи програму, Космічний телескоп імені Габбла понад 630 годин спостерігав шість скупчень галактик. Для отримання нових результатів, про які йдеться в цьому повідомленні, дані зібрано інакше, без використання гравітаційної лінзи.
За інф. з сайту www.spacetelescope.org підготував Іван Крячко
