С помощью орбитальных телескопов Хаббл и Чандра ученые исследуют темную материю

С помощью двух орбитальных телескопов астрономы изучают свойства загадочной темной материи, исследуя столкновения галактических скоплений, увеличенных благодаря эффекту гравитационного линзирования. Используя данные от космического телескопа Хаббл и орбитальной рентгеновской обсерватории Чандра, астрономы выявили, что объекты темной материи не испытывают замедление при столкновении друг с другом, то есть частицы темной материи взаимодействуют меньше, чем считалось ранее. По словам исследователей, это открытие сужает спектр гипотез о том, чем является эта таинственная неуловимая субстанция.

Темная материя – это невидимое вещество, составляющее значительную часть массы Вселенной. Поскольку темная материя не отражает, не излучает, а также не поглощает свет, ее можно выявить лишь косвенно, например, путем измерения искривления пространства гравитационным линзированием, при котором свет от далекого источника усиливается и искажается гравитацией темной материи.

Чтобы больше узнать о темной материи и проверить различные теории, исследователи изучают ее аналогично методам исследования видимой материи, наблюдая, что происходит при ее столкновении с другими объектами. В данном случае наблюдаемыми сталкивающимися объектами являются скопления галактик.

Для наблюдения этих космических столкновений исследователи использовали орбитальные телескопы Хаббл и Чандра. В частности, Хаббл использовался для сопоставления распределения темной материи и звезд после столкновений, которые отслеживались благодаря эффекту гравитационного линзирования. С помощью Чандра было обнаружено рентгеновское излучение от сталкивающихся облаков межзвездного газа. Результаты данных исследований опубликованы в выпуске от 27 марта журнала Science.


"Темная материя – это загадка, которую мы долгое время пытались разгадать, – сказал Джон Грюнсфельд, помощник администратора Управления научными миссиями НАСА в Вашингтоне. – Объединяя возможности этих крупных обсерваторий в рамках расширенной миссии, мы все ближе подходим к пониманию данного космического явления".

Скопления галактик состоят из трех самых основных компонентов: собственно галактик, газовых облаков и темной материи. В процессе столкновений окружающие галактики газовые облака врезаются друг в друга, при этом замедляясь или останавливаясь. На галактики в гораздо меньшей степени действует сопротивление газа, и из-за огромных промежутков между звездами, они не замедляют движение друг друга.

"Нам известно, как реагируют на эти космические катастрофы звезды и газ и где они появляются после столкновения. Сопоставляя, как при этом ведет себя темная материя, можно сузить рамки наших представлений, как это происходит фактически", – сообщил главный автор исследований Дэвид Харви из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии.

Харви и его команда ученых исследовали 72 крупных столкновения галактических скоплений. Столкновения произошли в разное время и рассматривались с различных ракурсов – некоторые под углом, а другие с лицевой стороны к наблюдателям.

Команда обнаружила, что, подобно галактикам, темная материя продолжала двигаться прямо в процессе столкновения без существенного замедления. Это значит, что темная материя не взаимодействует с частицами видимого вещества и имеет с другими объектами темной материи намного меньше взаимодействия, чем считалось ранее. Если бы одни объекты темной материи взаимодействовали с другими структурами темной материи, распределение галактик было бы иным.

"Предыдущие исследования уже обнаружили подобное явление в скоплении Пуля, – сказал член команды Ричард Мэсси из Даремского университета в Великобритании. – Но сложно интерпретировать то, что вы видите, если у вас имеется только один пример. Каждое столкновение продолжается сотни миллионов лет, поэтому в нашей человеческой жизни мы видим лишь один стоп-кадр с единственного ракурса. Теперь, когда мы исследовали множество других столкновений, мы можем начинать собирать воедино всю картину и лучше понять, что происходит".

Благодаря этому открытию команда ученых успешно сузила набор предполагаемых свойства темной материи. Теоретики в области физики элементарных частиц сейчас обладают меньшим набором неизвестных, что облегчает их работу при построении моделей.

"Не совсем понятны наши ожидания, что темная материя будет взаимодействовать сама с собой, так как этот вид материи уже идет вразрез со всем, что нам известно, – говорит Харви. – Из предыдущих наблюдений мы выяснили, что объекты темной материи взаимодействуют друг с другом достаточно слабо".

Темная материя может обладать причудливыми и сложными свойствами, и существуют еще несколько других типов взаимодействий для изучения. Эти последние результаты исключили взаимодействия, которые создают мощную силу трения, вызывающую замедление темной материи при столкновениях.

Команда ученых также займется исследованиями других возможных взаимодействий, таких как отскакивание частиц темной материи друг от друга подобно бильярдным шарам, что вызывает их выброс из космических облаков при столкновениях или изменение формы сгустков темной материи. Команда также надеется изучить более распространенные столкновения с участием отдельных галактик.

"Есть еще несколько возможных кандидатов на объекты темной материи, так что игра не закончена. Но мы все ближе к ответу, – сказал Харви. – Эти огромные астрономические коллайдеры, наконец, позволят нам заглянуть в темный мир, окружающий нас, но находящийся вне нашей досягаемости".