"Хаббл" обнаружил рекордно маленькие скопления тёмной материи

До сих пор тёмная материя была известна только в виде облаков размером как минимум с галактику. Теперь же астрономы выяснили, что она может собираться и в более мелкие сгустки. Это важно для выяснения природы загадочной субстанции.

Напомним, что тёмная материя - это неопознанное вещество, о существовании которого известно лишь благодаря его гравитации. Притяжение тёмной материи влияет на движение как целых галактик, так и звёзд и звёздных скоплений внутри них. Астрономы вычислили, что звёзды и газ практически в каждой галактике погружены в огромное облако тёмной материи, которой намного больше, чем обычного вещества.

Большинство учёных считает, что эта субстанция состоит из ещё не открытых частиц, о природе которых есть самые разные предположения. При этом наиболее популярна модель холодной тёмной материи. Слово "холодная" здесь означает, что эти частицы движутся со скоростями, много меньшими скорости света. Теоретики рассчитали, что в этом случае тёмная материя под действием собственной гравитации будет собираться в сгустки разного масштаба: от нескольких десятков тонн до сотен тысяч масс Млечного Пути.

Однако даже на самые подробные карты распределения тёмной материи пока нанесены лишь крупные (не меньше галактики) скопления. Наблюдения более скромных "комков" - задача на пределе технических возможностей.

А есть ли небольшие скопления тёмной материи вообще? До сегодняшнего дня нельзя было исключать, что ответ отрицательный, ведь их попросту никто не видел. В связи с этим эксперты не сбрасывают со счетов и альтернативную модель горячей тёмной материи. В этой теории частицы таинственного вещества движутся с околосветовой скоростью, и гравитации под силу сформировать только самые крупные сгустки.

Изображения квазаров, многократно повторённые гравитационной линзой.
Фото NASA, ESA, A. Nierenberg (JPL), T. Treu (UCLA).

Однако теперь астрономы обнаружили скопления тёмной материи, уступающие Млечному Пути по массе в десятки и сотни тысяч раз. Это рекордный показатель и сильный аргумент в пользу модели холодной тёмной материи.

"Ранее астрономы уже проводили другие наблюдательные тесты теорий тёмной материи, но наша [работа] предоставляет наиболее убедительные доказательства наличия небольших скоплений холодной тёмной материи. Объединив последние теоретические предсказания, статистические инструменты и новые наблюдения "Хаббла", мы теперь имеем гораздо более надёжный результат, чем это было возможно ранее", - рассказывает соавтор работы Анна Ниренберг (Anna Nierenberg) из Лаборатории реактивного движения НАСА.

Авторы использовали необычную технику. Из данных обзоров SDSS и DES они выбрали восемь квазаров, излучение которых повергается гравитационному линзированию. Это означает, что галактика, расположенная на пути света квазара, искривляет его лучи своим притяжением, работая как линза.

К изображению каждого из изученных квазаров благодаря галактике-линзе добавилось три дубля, как будто в космосе объявилось четыре совершенно одинаковых квазара. Это известный, но довольно редкий эффект. Ведь для его возникновения требуется, чтобы квазар, галактика-линза и наблюдатель располагались почти на одной прямой.

Отобранные квазары расположены примерно в 10 миллиардах световых лет от Земли. Линзирующие их галактики значительно ближе: около двух миллиардов световых лет.

С помощью "Хаббла" авторы тщательно изучили результат линзирования в инфракрасном диапазоне. Их интересовали искажения, которые внесла в изображения гравитация сгустков тёмной материи.

Схема, иллюстрирующая принцип гравитационного линзирования. Перевод "Вести.Наука".
Иллюстрация NASA, ESA, D. Player (STScI).

"Представьте, что каждая из этих восьми галактик является гигантским увеличительным стеклом, - объясняет соавтор исследования Дэниэл Гилман (Daniel Gilman) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. - Небольшие скопления тёмной материи действуют как маленькие трещины в увеличительном стекле, изменяя яркость и положение четырёх изображений квазара по сравнению с тем, что вы ожидаете увидеть, если стекло будет гладким".

Использовав сложные компьютерные модели, астрономы вычленили из изображений вклад небольших сгустков тёмной материи, расположенных на пути инфракрасных лучей. К слову, судя по массе этих облаков тёмного вещества, они вообще не содержат звёзд, так что обнаружить их традиционными методами - по движению светил - не удалось бы.

Команда представила свои результаты на 235-м заседании Американского астрономического общества (235th AAS Meeting) в Гонолулу, Гавайи.