Космічний телескоп Hubble виявив найменше скупчення темної матерії

Jan 23 7:00 2020 Друк цієї статті

Величезні скупчення темної матерії вже були виявлені в різних галактиках, але, згідно з існуючими теоріями, з темної матерії повинні формуватися і скупчення набагато менших розмірів, але мають досить високу щільність. Нещодавно, під час спостережень, проведених за допомогою космічного телескопа Hubble, вченими були отримані докази існування малих скупчень темної матерії, що послужили, в свою чергу, доказами низки відповідних теорій і гіпотез.

Поняття темної матерії виникло після того, як астрономи в 1930-х роках помітили, що деякі галактики рухаються таким способом, який передбачає наявність у них набагато більшої маси, ніж маса реально спостережуваній матерії. І ця відсутня маса повинна припадати на певну невидиму субстанцію, яка і отримала назву темної матерії.

Однак, пошуки темної матерії виявилися досить складним завданням, так як вона взаємодіє зі звичайною матерією тільки за допомогою сил гравітації. Темну матерію не можна побачити, помацати, відчути її смак або запах. Ми можемо лише бачити ефекти її гравітаційного впливу на навколишнє середовище, що зіграло величезну роль у процесі формування і розвитку Всесвіту.

У районах достатньо великих і щільних скупчень темної матерії виникають потужні гравітаційні сили, які притягують до себе звичайну матерію. І досить часто в результаті цього процесу на світ з'являються нові планети, запалюються молоді зірки, з яких формуються галактики і ще більші космічні об'єкти - скупчення галактик.

Описана вище версія формування і розвитку Всесвіту до того вигляду, в якому вона існує зараз, вважається найбільш правильною і загальноприйнятою. Згідно цієї теорії темна матерія є холодною, тобто її частинки рухаються відносно повільно і в її середовищі відсутні швидкі процеси. Як згадувалося вище, вчені вже отримали докази існування величезних щільних хмар темної матерії в галактиках. Але до останнього часу навіть не було ніяких натяків на існування малих "брил" темної матерії, хоча теорія допускає подібне.

Завдяки спостереженнями, проведеними за допомогою космічного телескопа Hubble, вчені з Лабораторії НАСА з вивчення реактивного руху (NASA Jet Propulsion Laboratory, JPL) та Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі виявили малі скупчення темної матерії з масою, приблизно рівній масі пасажирського авіалайнера.

"Темна матерія, укладена в таких малих скупченнях, є більш холодною, ніж це було прийнято вважати раніше" - пишуть дослідники, - "Астрономи вже проводили досить багато спостережень, спрямованих на пошуки і вивчення темної матерії, але тільки нам вдалося засвідчити присутність маленьких "брил" дуже холодної темної матерії. І це було зроблено шляхом складного теоретичного прогнозування, статичних наземних експериментів і даних, отриманих космічним телескопом Hubble".

Учені під час своїх пошуків вивчили вісім квазарів - яскравих космічних об'єктів, що оточують масивні чорні діри. Ці квазари вивчалися за допомогою відомого методу, званого гравітаційною лінзою. Ефект такої лінзи виникає, коли світло від далекого об'єкта проходить повз іншого об'єкта, що має велику масу, яка своєю гравітацією змінює траєкторію світла, іноді фокусуючи його подібно величезною лінзі. Звичайно, такі гравітаційні лінзи ніколи не мають ідеальну форму, тому зображення далекого об'єкта виходить сильно спотвореним і може навіть дублюватися кілька разів.

В даному випадку вивчаються всі квазари знаходилися приблизно на одному відстані від Землі, що становило близько 10 мільярдів світлових років. А роль гравітаційних лінз виконували великі галактики, розташовані на відстані приблизно 2 мільярдів світлових років. У більшості випадків гравітація галактик преломляла світло від квазарів так, що їх зображення дублювалися мінімум по чотири рази.

Порівнюючи отримані спотворені зображення квазарів з тим, що очікувалося, з точки зору теоретичних розрахунків, вчені змогли знайти місце розташування і обчислити масу навіть самої маленької "брили" темної матерії, що знаходиться на шляху світла, летів від квазара в бік Землі.

"Ці маленькі "брили" темної матерії діють, як дрібні тріщини в тілі гравітаційної лінзи, створюваної галактикою" - пишуть дослідники, - "Вони несуть відповідальність за невеликі зміни яскравості і зміщення положення кожного з чотирьох зображень одного і того ж квазара. Ми розрахували теоретичну модель, засновану на ідеально гладкою формі гравітаційної лінзи, і, порівнявши реальні дані з даними цієї моделі, ми змогли визначити положення, масу, температуру і деякі інші параметри, навіть самих малих скупчень темної матерії".

Вчені стверджують, що результати їх досліджень є першим практичним підтвердження теорії про холодної темної матерії. Це, в свою чергу, дозволить вченим відмовитися від ряду альтернативних теорій і сконцентруватися на пошуки і вивчення тільки тих частинок-кандидатів темної матерії, властивості яких вписуються в рамки спостережуваних ефектів.