Футбольное поле темной материи: Польза линз
Темная материя — загадочная субстанция, не вступающая с нашей обычной материей ни в одно из фундаментальных взаимодействий, помимо гравитационного. Несмотря на всю загадочность, считается, что во Вселенной ее где-то в 4,5 раза больше (по массе), чем обычной материи, и именно она невидимой рукой своей гравитации направляет процессы самого крупного масштаба — такие, как образование и эволюция галактик и их скоплений.
В самом деле, довольно давно было показано, что если исходить лишь из массы видимого вещества и уравнений Ньютона, галактики недостаточно тяжеловесны, чтобы их притяжение могло противостоять центробежным силам, возникающим из вращения звезд, газа и пыли. Даже сверхмассивных черных дыр, которые расположены в активных центрах некоторых галактик, недостаточно. А значит, галактики должны быть нестабильны, и уж точно недостаточно плотны, чтобы где-то на их просторах материи оказалось достаточно для формирования звезд.
Именно поэтому в 1970-х астрономы выдвинули весьма смелую гипотезу о существовании ненаблюдаемой никак иначе, кроме как через гравитацию, темной материи. Косвенно, через те же наблюдения траекторий звезд и расчеты соответствующих гравитационных сил, ее существование кажется очевидным.
Но с другой стороны, никто, никогда и никаким достоверным образом не зафиксировал непосредственно темную материю или составляющие ее частицы. О некоторых неудачах в этой области мы писали в заметках «Проблемы эксперимента» и «Темная история». Впрочем, это не означает, что нельзя использовать другие методы непрямого исследования темной материи.
Так, группа японских астрономов во главе с Масамуне Огури (Masamune Oguri) обратилась к такому известному явлению, как гравитационные линзы. Предсказанные еще Эйнштейном исходя из Общей теории относительности, и блестяще подтвердившиеся затем в реальных наблюдениях, гравитационные линзы представляют собой массивное тело (или группу тел), которые своей гравитацией искажают путь проходящего поблизости излучения.
Используя мощь 8,2-метрового зеркала телескопа Subaru, Огури с коллегами рассматривали скопления темной материи, как гравитационные линзы — и оценили степень искажения, которые они вносят в траекторию излучения, приходящего к нам от 18-ти скоплений галактик, расположенных примерно в 3 млрд световых лет от Земли.
По оценке ученых, каждое из этих гигантских скоплений, насчитывающее тысячи галактик, несет и значительные количества темной материи. И материя эта образует структуры, напомнившие Огури с коллегами футбольные поля: примерно вдвое больше по одной из сторон, причем — что особенно интересно — независимо от формы самого скопления галактик, в котором темная материя находится.
По мнению Огури, такая картина подтверждает, что распределение темной материи сегодня было определено едва ли не полностью еще во времена Большого Взрыва и инфляционного расширения Вселенной, и что последующее взаимодействие с обычной материей мало изменило эту картину.
По публикации ScienceNOW
