Обнаружен сгусток тёмной материи, который ведёт себя необъяснимым образом

Если результат подтвердится, будет оспорена теория о тёмной материи, которая предсказывает, что галактики привязаны к невидимой субстанции всегда, даже после столкновений.

Составное изображение, демонстрирующее распределение тёмной материи, галактик и горячего газа в ядре системы Abell 520, которая сформировалась в результате столкновений скоплений галактик. Изображения в естественных цветах получены телескопами «Хаббл» и «Канада — Франция — Гавайи». Они совмещены с ложными цветами, которые указывают на концентрацию звёзд, горячего газа и тёмной материи. Звёздный свет галактик, увиденный телескопом «Канада — Франция — Гавайи», окрашен в оранжевый цвет. Зеленоватые области — это горячий газ, обнаруженный рентгеновской обсерваторией «Чандра». Газ — свидетельство столкновения. В синеватых регионах находится бóльшая часть массы скопления, и в основном она приходится на тёмную материю. Распределение последней установлено благодаря «Широкоугольной планетарной камере-2» «Хаббла», которая позволила измерить эффект гравитационного линзирования. Смесь синего и зелёного в центре изображения говорит о том, что сгусток тёмной материи расположен поблизости от горячего газа, где находится очень мало галактик. (Изображение NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee (University of California, Davis), A. Mahdavi (San Francisco State University).)

Речь идёт о гигантской области пространства Abell 520, которая объединяет несколько скоплений галактик. Она расположена в 2,4 млрд световых лет от Земли. Тёмная материя не видна, но её наличие и распределение можно обнаружить косвенно — методом гравитационного линзирования, ибо она действует как увеличительное стекло, искажая свет галактик и скоплений.

Этот метод показал, что тёмная материя в Abell 520 собрана в «тёмное ядро» (dark core), содержащее гораздо меньше галактик, чем можно было бы ожидать, если бы тёмная материя и галактики действительно всегда держались бы вместе, как предсказывает теория. Большинство галактик, по-видимому, отплыли далеко от места столкновения, тогда как тёмная материя подзадержалась.

«Полученные данные задали нам загадку, — говорит ведущий автор исследования Джеймс Джи из Калифорнийского университета в Дэвиса (США). — Тёмная материя ведёт себя не так, как прогнозировалось. Трудно объяснить результаты наблюдения «Хаббла» с помощью современных теорий формирования галактик и тёмной материи».

Следует отметить, что первые данные были получены ещё в 2007 году. Они оказались настолько необычными, что астрономы отвергли их, расценив как ошибочные. Но дальнейшие наблюдения показали, что в Abell 520 галактики и тёмная материя и впрямь разделились.

Столкновения скоплений галактик — крупнейших образований во Вселенной — один из способов изучения общих свойств тёмной материи. Когда происходит столкновение, галактики идут за тёмной материей, как собака на поводке, в то время как облака горячего межгалактического газа, излучающего в рентгеновском диапазоне, въезжают друг в друга, замедляются и отстают.

Эта теория была подтверждена наблюдениями в видимом и рентгеновском частях спектра колоссального объединения двух скоплений галактик, которое известно как скопление Пуля. Распределение галактик соответствовало предсказаниям поведения тёмной материи.

В Abell 520 всё намного сложнее. Ядро системы богато тёмной материей и горячим газом, но не содержит светящихся галактик. Горячий газ обнаружен с помощью рентгеновской космической обсерватории НАСА «Чандра», а гравитационное линзирование измерялось телескопами «Канада — Франция — Гавайи» и «Субару», расположенными на вершине вулкана Мауна-Кеа на Гавайях.

Затем астрономы обратились к «Широкоугольной планетарной камере-2» «Хаббла», которая позволяет обнаружить мельчайшие искажения света фоновых галактик. К удивлению специалистов, новые наблюдения подтвердили результат, полученный в 2007 году.

«Нам известно, может быть, шесть примеров высокоскоростных столкновений скоплений галактик, в которых тёмная материя нанесена на карту, — отмечает г-н Джи. — Кластер Пуля и Abell 520 демонстрируют ясные свидетельства недавнего слияния и противоречат друг другу. Ни одна теория не объясняет различное поведение тёмной материи в этих столкновениях. Нам нужно больше примеров».

Эксперты предложили целый ряд гипотез, объясняющих результаты наблюдений, и некоторые из них способны ужаснуть консерваторов от науки. Например, часть тёмной материи может оказаться «липкой» (sticky). Когда сталкиваются два объекта, состоящие из обычной материи (например, снежки), они замедляются. Однако два объекта из тёмной материи, как полагают, проходят друг через друга без замедления. Часть тёмной материи взаимодействует сама с собой, и в процессе столкновения её местоположение не совпадает с положением соответствующей галактики.

Возможно, дело в том, что Abell 520 является результатом более сложного взаимодействия, чем скопление Пуля. Система Abell 520, вероятно, образовалась в ходе столкновения трёх скоплений галактик, а не двух, как в случае с Пулей.

Третья гипотеза заключается в том, что ядро содержит много галактик, но они слишком тусклые, и их не может увидеть даже «Хаббл». В этих галактиках должно быть значительно меньше звезд, чем обычно. Вооружившись данными «Хаббла», исследовательская группа попытается создать компьютерную модель столкновения и посмотреть, удастся ли тем самым объяснить странное поведение тёмной материи.