Завдяки спостереженням «Габбла» та наземного «Дуже великого телескопа» в пустелі Атакама (Чилі) астрофізики виявили істотну розбіжність між актуальним розподілом темної матерії у галактиках та комп’ютерними симуляціями цього розподілу на основі теоретичних передбачень. Виявилося, що скупчення темної матерії у галактичних кластерах породжує ефект лінзування, який вдесятеро сильніший, аніж випливає з теорії.
Ефект гравітаційного лінзування: передній об'єкт деформує простір навколо себе, що діє на світло від заднього об'єкта, неначе лінза. Вивчаючи такі деформації, учені змогли встановити, як розподілена темна матерія, про існування якої відомо лише за її гравітаційним впливом на видиму матерію.
Темна матерія – це невидимий «клей», який утримує зірки, пил та газ у галактиках. Виявилося, що гравітації, яку породжує видима матерія, недостатньо, щоб зорі тримались разом у галактиках, а галактики – у кластерах. Натомість більшість маси галактик та кластерів утворює загадкова субстанція, яка не взаємодіє зі світлом (ані поглинає його, ні випромінює) і присутність якої можна виявити лише за її опосередкованим гравітаційним впливом на видиму матерію в космосі. Астрономи та фізики називають цю загадкову субстанцію «темною матерією» і досі намагаються збагнути, чим вона є.
Галактичні кластери – це найбільші у Всесвіті резервуари темної матерії. Вони утворені із окремих галактик, які тримаються разом лише завдяки темній матерії.
«Спостерігаючи за галактичними кластерами, можна вивчати, наскільки комп’ютерні симуляції розподілу темної матерії відповідають дійсності. Про цей розподіл можна чимало дізнатися із ефекту гравітаційного лінзування», – розповідає Массімо Менеґетті, головний автор дослідження із Національного інституту астрофізики Італії (INAF).
Команда Менеґетті створила найточнішу мапу розподілу темної матерії як у кластерах, так і в окремих галактиках. Науковці дійшли висновку, що, за словами Менеґетті, «якийсь фізичний компонент відсутній або в симуляціях, або у нашому розумінні природи темної матерії».
Цю мапу науковці склали за гравітаційним впливом темної матерії на кривину світла, або так званим ефектом гравітаційного лінзування. Згідно із теорією відносності, гравітація темної матерії деформує навколо себе простір, який викривлює світло від далеких об’єктів, неначе лінза. Аналізуючи цю кривизну, учені можуть встановити, як розподілена сама темна матерія.
Що більша її концентрація, то сильніший ефект лінзування. Важливо, що темна матерія всередині галактичного кластера діє як велика лінза, а її скупчення в окремих галактиках – як багато малих.
За допомогою зображень «Габбла» та «Дуже великого телескопа» науковці отримали точну мапу розподілу темної матерії у трьох галактичних кластерах MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 та Abell S1063. На своє здивування, вони виявили набагаго драматичніші ефекти лінзування біля ядер кожної з галактик, аніж це мало б випливати із теоретичних моделей. Хоча ці моделі досить точно симулювали розподіл темної матерії на рівні кластерів, вони, утім, не змогли його описати на рівні окремих галактик.
Тепер астрофізики ламають собі голови над тим, як потрібно інтерпретувати ці дані і чого саме бракує їхнім теоретичним моделям. Темна матерія становить 26,8% від сумарної густини всіх компонентів Всесвіту (видима матерія, для порівняння, – лише 4,9%, а решта припадає на ще одну загадкову субстанцію, яка називається темною енергією і змушує Всесвіт прискорено розширюватись), тож, вивчаючи її, науковці заглядають у саму основу реальності.
New Hubble data suggests there is an ingredient missing from current dark matter theories
ScienceDaily, 10/09/2020
Зреферував Є. Л.
04.10.2020