Гравитационное линзирование помогло обнаружить самый легкий темный объект
Астрономы обнаружили самый маломассивный темный объект из всех, что когда-либо измеряли, с помощью гравитационного линзирования. Темная материя — это загадочная форма вещества. Считается, что она не излучает свет, но ее изучение необходимо для понимания, как появилось все многообразие звезд и галактик.
Ключевой вопрос для астрономов — однородна ли темная материя или состоит из сгустков? Ответ на него может прояснить, из чего она состоит. Поскольку темную материю нельзя наблюдать напрямую, ее свойства определяют по эффекту гравитационного линзирования. При этом явлении свет от далекого объекта искажается и отклоняется под действием гравитации темного объекта.
Девон Пауэлл из Института астрофизики Макса Планка, ведущий автор исследования, объясняет: «Охота за темными объектами, которые не излучают свет — задача непростая. Мы не можем увидеть их напрямую, поэтому используем очень далекие галактики в качестве подсветки, чтобы найти их гравитационные следы».
Команда ученых использовала сеть телескопов по всему миру, включая телескоп Грин-Бэнк, Антенную решетку со сверхдлинными базами (VLBA) и Европейскую сеть интерферометров. Данные с этих инструментов объединили в институте VLBI ERIC в Нидерландах. Так был создан виртуальный супертелескоп размером с Землю, который смог зафиксировать слабые сигналы гравитационного линзирования от темного объекта.
Внутри гравитационной линзы может скрываться сгусток темной материи
Исследователи выяснили, что масса объекта в миллион раз превышает массу нашего Солнца. Он находится в далекой области космоса, на расстоянии около 10 миллиардов световых лет от Земли. Наблюдение относится ко времени, когда Вселенной было всего 6,5 миллиарда лет.
Это самый маломассивный объект, найденный с помощью этого метода. Он примерно в 100 раз легче предыдущих подобных находок. Чтобы достичь такой чувствительности, команде пришлось создать изображение неба с очень высокой точностью. Для этого они использовали радиотелескопы, расположенные в разных частях света.
Джон Маккин из Южноафриканской радиоастрономической обсерватории руководил сбором данных. Он рассказал: «Уже на первом изображении высокого разрешения мы сразу заметили сужение гравитационной дуги. Это верный признак того, что мы на правильном пути. Только еще один небольшой сгусток массы между нами и далекой радиогалактикой мог вызвать такое явление».
Для анализа огромного массива информации команде пришлось разработать новые алгоритмы моделирования, которые можно было запустить только на суперкомпьютерах. «Данные настолько объемны и сложны, что нам пришлось разработать новые численные подходы для их моделирования. Это было непросто, потому что никто не делал этого раньше», — говорит Симона Веджетти из Института астрофизики Макса Планка.
Она продолжила: «Мы предполагаем, что каждая галактика, включая наш Млечный Путь, наполнена сгустками темной материи. Но чтобы найти их и убедить научное сообщество в их существовании, требуется огромный объем вычислений». Команда применила специальную технику, которая называется гравитационное картирование. Этот метод позволил им «увидеть» невидимый сгусток темной материи через его влияние на светящуюся в радиодиапазоне дугу.
«Учитывая чувствительность наших данных, мы ожидали найти хотя бы один темный объект. Поэтому наше открытие согласуется с так называемой „теорией холодной темной материи“, на которой основано наше понимание формирования галактик, — сказал Пауэлл. — Теперь, когда мы нашли один объект, вопрос в том, сможем ли мы найти больше. И будет ли их количество по-прежнему соответствовать моделям».
Исследование опубликовали в журнале Nature Astronomy. Сейчас команда продолжает анализировать данные, чтобы лучше понять природу загадочного темного объекта. Ученые также изучают другие участки неба в поисках новых примеров таких маломассивных темных объектов с помощью того же метода. Если они продолжат находить подобные объекты в других частях Вселенной, и если те действительно окажутся полностью лишенными звезд, то некоторые теории о темной материи можно будет исключить.
Иллюстрация Keck/EVN/GBT/VLBA
Самое популярное
