В опубликованном в журнале Nature Astronomy исследовании астрономы идентифицировали объект тёмной материи с наименьшей массой, когда-либо обнаруженный с помощью гравитационного линзирования. Это открытие позволяет лучше понять роль тёмной материи во Вселенной, особенно её комковатую природу и влияние на формирование галактик. Обнаружение, в котором участвовали несколько международных телескопов, знаменует собой поворотный момент в исследованиях тёмной материи.
Задача поиска невидимой тёмной материи
Тёмная материя, составляющая значительную часть массы Вселенной, долгое время была загадкой для учёных. В отличие от обычной материи, она не излучает, не поглощает и не отражает свет, делая её невидимой для наших самых мощных телескопов. Это отсутствие электромагнитных сигналов означает, что тёмную материю можно изучать только косвенно через её гравитационное воздействие на видимую материю.
В своём недавнем исследовании научная группа использовала метод гравитационного линзирования для обнаружения тёмного объекта, масса которого примерно в миллион раз превышает массу Солнца. Объект был найден в отдалённом регионе космоса, примерно в 10 миллиардах световых лет от нас, в то время, когда Вселенной было всего 6,5 миллиарда лет.
«Охота за тёмными объектами, которые, по-видимому, не излучают свет, явно сложна», — сказал Девон Пауэлл, ведущий автор исследования из Института астрофизики Общества Макса Планка. Он пояснил, что «поскольку мы не можем видеть их напрямую, мы используем очень далёкие галактики в качестве фонового освещения, чтобы искать их гравитационные отпечатки».
Этот метод включает использование гравитации тёмного объекта для искривления света, исходящего от далёкой галактики, создавая искажённое изображение, которое можно изучить.
Гравитационное линзирование: окно в невидимое
Гравитационное линзирование — явление, при котором свет от далёкого объекта искривляется гравитационным полем промежуточного объекта, — является одним из немногих способов, с помощью которых астрономы могут обнаружить тёмную материю. Процесс похож на использование космической лупы, где масса тёмного объекта действует как линза, искажая свет позади него. Изучая эти искажения, учёные могут сделать вывод о наличии, массе и форме невидимых в противном случае объектов.
Для недавнего открытия использовалась сеть радиотелескопов, расположенных по всему миру, включая телескоп в Грин-Бэнк, Очень длинную базовую антенную решётку и Европейскую очень длинную базовую интерферометрическую сеть. Они зафиксировали слабые сигналы гравитационного линзирования. Объединив данные с этих разнообразных телескопов, команда смогла создать изображение с высоким разрешением, которое показало гравитационное влияние тёмного объекта. Это позволило им составить карту его массы, которая оказалась наименьшей из когда-либо обнаруженных с помощью этого метода.
«Мы ожидаем, что каждая галактика, включая наш Млечный Путь, будет заполнена скоплениями тёмной материи, но их обнаружение и убеждение сообщества в их существовании требует больших вычислительных усилий», — сказала Симона Веджетти, соавтор исследования из Института астрофизики Общества Макса Планка.
Новая эра в исследованиях тёмной материи
Обнаружение такого объекта тёмной материи с малой массой — значительный шаг вперёд в изучении тёмной материи. Как отметил Пауэлл: «Учитывая чувствительность наших данных, мы ожидали обнаружить по крайней мере один тёмный объект, поэтому наше открытие согласуется с так называемой теорией „холодной тёмной материи“, на которой основано многое из нашего понимания того, как формируются галактики».
Эта теория предполагает, что тёмная материя состоит из медленно движущихся частиц, которые взаимодействуют гравитационно, помогая галактикам формироваться и развиваться в течение космического времени.
Новое открытие не только подтверждает гипотезу о холодной тёмной материи, но и поднимает новые вопросы о распределении тёмной материи во Вселенной. Если такие объекты с малой массой, как этот, встречаются чаще, чем считалось ранее, они могут играть значительную роль в формировании и эволюции галактик. Теперь перед командой Пауэлла стоит задача найти больше таких объектов, чтобы подтвердить, соответствует ли их количество прогнозам, сделанным моделями тёмной материи.