16+
Приямвада Натараджан

Как в комнате кривых зеркал: кое-что новое о таинственной тёмной материи

Учёные воссоздали образы субстанции, недоступной прямому наблюдению, поскольку она практически не взаимодействует с обычной материей
00:00, 12 сентября 2020 472
Фото: Michael Marsland/campuspress.yale.edu

Чтобы получить высокоточные «карты» загадочной тёмной материи, американские исследователи полагались на изображения, сделанные с помощью космического телескопа «Хаббл» (НАСА) в сочетании с возможностями спектроскопии «Очень большого телескопа» Европейской южной обсерватории. Астрофизик из Йельского университета Приямвада Натараджан потратила более десяти лет на сопоставление теоретических моделей тёмной материи с данными, которые накапливаются с помощью метода гравитационного линзирования.


К слову, гравитационное линзирование — один из интереснейших эффектов, который способны вызывать практически все крупные объекты во Вселенной. Это эффект, которым обладают не только крупные, но и мелкие объекты в космическом пространстве. Суть такова: когда человек смотрит на дальний источник света в космосе через другой космический объект, форма дальнего источника света искажается. Подобное искажение источника света может быть вызвано галактикой или звездой, сквозь которую проходит свет от отдалённого объекта. Если коротко, то гравитационное линзирование — это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести.

Тёмная же материя, рассказывает Приямвада Натараджан, это некий невидимый клей, который словно объединяет звёзды внутри определённой галактики. Он составляет большую часть массы галактики и создаёт невидимый каркас, который сводит галактики в скопления.

Unsplash.com

Тёмная материя не излучает, не поглощает и не отражает свет. Она не взаимодействует ни с какими известными частицами. Её присутствие известно только по её гравитационному притяжению к видимой материи в космосе.

И хотя тёмная материя слегка как бы размазана по всей Вселенной, тем не менее она заметно скопилась в областях космоса, которые называют скоплениями галактик. Каждое из этих массивных скоплений, удерживаемых воедино гравитацией, состоит примерно из тысячи отдельных галактик, каждая из которых несёт в себе собственную долю этой самой тёмной материи.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, астрофизик из Йельского университета в США Приямвада Натараджан (Priyamvada Natarajan) и международная группа исследователей проанализировали изображения нескольких массивных скоплений галактик (галактических кластеров) и выявили, что более мелкие сгустки тёмной материи, связанные со скоплением галактик, оказались значительно более концентрированными, чем ранее предсказывали теоретики.

В реальной Вселенной есть особенность, которую мы просто не фиксируем в наших нынешних теоретических моделях. Это может сигнализировать нам о пробеле в нашем нынешнем понимании природы тёмной материи и её свойств, поскольку новые данные позволяют нам изучить подробное распределение этой таинственной материи в космосе. А это значит, что она становится для нас всё более осязаемой и зримой. Лично для меня было удивительным обнаружить расхождение в 10 раз между реальным наблюдением космоса и теоретическими гипотезами, — отметила старший автор исследования и профессор астрономии и физики Йельского университета Приямвада Натараджан.

Сегодня астрономы могут «нанести на карту» распределение тёмной материи в скоплениях галактик с помощью регистрации искривления света, производимого галактиками. Такой подход называется гравитационным линзированием. Подобно кривому зеркалу из комнаты смеха, гравитационное линзирование искажает формы фоновых галактик, которые можно увидеть на телескопических изображениях скоплений галактик. Чем выше концентрация тёмной материи в кластере, тем более «выразительны» наблюдаемые эффекты линзирования, говорят астрономы.

NASA/Keystone Press Agency/Global Look Press

Американские исследователи использовали изображения, сделанные с помощью космического телескопа «Хаббл» в сочетании с возможностями спектроскопии «Очень большого телескопа» Европейской южной обсерватории.

Трёхмерные данные продемонстрировали наличие неких «холмов», «бугров» и «долин» тёмной материи. С этой точки зрения нанесённая на карту, она смотрится как некий горный хребет с островерхими участками. Такие своеобразные пики — это, по мнению специалистов, сгустки (клампы) тёмной материи, связанные с отдельными скоплениями галактик.

Невероятно высокое качество данных позволило исследователям проверить, соответствуют ли эти «ландшафты» тёмной материи теоретическим компьютерным моделям скоплений галактик. В общей сложности учёные осознали, что компьютерное моделирование не смогло в реальности полноценно предсказать тот же самый уровень концентрации тёмной материи на реальных масштабах, охватывающих отдельные скопления галактик.

Анализ изображений привёл авторов к выводам о том, что в скоплениях галактик тёмная материя распределена таким образом, который не предсказывался ранее никем, ни одной теорией. Эти знания важны для того, чтобы понять, как формируются различные структуры и образования во Вселенной. Как говорится, «от яйца». Ведь сначала всё было однородно, а потом стали возникать сгущения, скопления, всё, из чего состоит наша Вселенная. Это позволяет понять, как во Вселенной всё вдруг возникло. Если бы не было гравитационных притяжений, наш мир так бы и остался неким однородным состоянием, некой однородной разреженной субстанцией. Собственно, сами свойства тёмной материи очень важны для познания космоса. Это может привести также и к новым физическим представлениям о нашем мире.

Николай Чугай

главный научный сотрудник отдела нестационарных звёзд и звёздной спектроскопии Института астрономии (ИНАСАН РАН)

Самое интересное — в нашем канале Яндекс.Дзен

Загрузка...
Новости СМИ2