Упродовж багатьох десятиліть астрономи знаходили натяки існування ниткоподібних структур, які пов’язують воєдино галактики у Всесвіті. Теорії, комп’ютерні моделі й непрямі спостереження свідчили — існує космічна павутина темної матерії, яка з’єднує галактики і є великомасштабною структурою космосу. Але хоча волокна, складові цієї мережі, масивні, темну матерію спостерігати неймовірно важко.
Тільки тепер дослідники створили те, що вони називають першим композиційним зображенням волокна темної матерії, яка з’єднує галактики. «Це зображення веде нас далі від передбачень до того, що ми можемо побачити і виміряти» — зауважив Майк Гадсон (Mike Hudson), професор астрономії в університеті Ватерлоо в Канаді, співавтор нового дослідження. Його результати оприлюднено в «Щомісячних повідомленнях Королівського астрономічного товариства» (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society).
Волокна темної матерії перекривають простір між галактиками на цій мапі в умовних кольорах. Місця розташування яскравих галактик показано плямами білого кольору, а волокно темної матерії між ними червоним. Фото з сайту www.space.com.
Темна матерія — невловима субстанція, яка, згідно з оцінками, становить майже 27 відсотків Всесвіту, не випускає, не відбиває і не поглинає світло. Через це її практично неможливо виявити, за винятком, коли вона спричиняє гравітаційний вплив або коли деформує світло далеких галактик, призводячи до явища, яке називають гравітаційним лінзуванням.
Гадсон і його співавтор Сет Еппс (Seth Epps), який під час дослідження навчався в магістратурі університету Ватерлоо, в своїй роботі застосували метод, який називають слабким гравітаційним лінзуванням — статистичне вимірювання невеликих відхилень у напрямку руху світлових променів, коли вони проходять повз масивне небесне тіло. Ефект, викликаний присутністю темної матерії, приводить до того, що отримані астрономами зображення галактик зазнають незначної деформації.
Щоб вивчити слабкий сигнал темних ниток матерії після гравітаційного лінзування, науковцям знадобилися два набори даних: каталог парних галактик в скупченнях, випромінювання яких було лінзоване, і каталог для галактик тла з точними вимірами відстані до них. Для цього вони об’єднали дані про лінзування, отримані внаслідок багаторічного огляду неба з допомогою канадсько-французько-гавайського телескопа, з даними від Слоунівського цифрового огляду неба (Sloan Digital Sky Survey), який вміщує інформацію про світні червоні галактики (luminous red galaxies, LRGs) — масивні, далекі й дуже старі зоряні системи. Такі галактики існують у масивних ореолах темної матерії, тому розумно очікувати, що волокно або перемичка між ними також може бути більш масивною, ніж в середньому.
Гадсон і Еппс комбінували для «укладання» понад 23000 парами галактик — вони всі лежать на відстані близько 4,5 мільярда світлових років. Це дозволило дослідникам створити складене зображення або карту, яка показує наявність темної матерії між галактиками. Гадсон говорить, що нитка в їхньому «образі» є середнім арифметичним усіх 23000 пар.
«Основна причина, чому ми використовували ці галактики, в тому, що для них є точні відстані (їх виміряла інша наукова команда)» — пояснив Гадсон. «Ці відомі відстані дозволили нам виявити різницю між парами галактик: які з них є справжніми парами в 3D (це означає, що обидві лежать на однаковій відстані від нас), на відміну від двох галактик, що розташовані близько на небі, але насправді перебувають на дуже різних відстанях.»
Компоненти 3D пари лежать фізично близько один до одного і, отже, будуть мати перемичку. Натомість у другій парі галактики не перебувають фізично близько одна до одної, тому між ними перемички немає. Результати Гадсона і Епсса показують, що темна матерія утворює сильніше перемички між системами, що лежать на відстані менше 40 мільйонів світлових років одна від одної.
Теорія Великого Вибуху передбачає — зміни густини матерії в перші моменти існування Всесвіту привели до того, що більша її частина утворила в космічному просторі павутину із заплутаних ниток. Астроном Фріц Цвікі (Fritz Zwicky) першим запровадив поняття темної матерії в 1933 році, коли його вимірювання руху галактик в скупченнях показали, що вони мають містити принаймні в десять разів більше невидимої матерії, ніж видимої.
Але питання темної матерії до 1970-х років не сприймали серйозно. Віра Рубін (Vera Rubin) і Кент Форд молодший (Kent Ford Jr.) вивчаючи рух зір в галактиках, близьких до Молочного Шляху, також прийшли до висновку, що кожна галактика має містити величезну кількість невидимої матерії — набагато більше, ніж вся видима матерія. Пізніше, комп’ютерне моделювання дозволило це підтвердити й висловити припущення про існування темної матерії, структурованої як павутина — з довгими нитками, які з’єднуються одна з одною в місцях великих скупчень галактик.
Гадсон і Еппс у своїй публікації вказали на десятки попередніх досліджень, де вчені намагалися виміряти і спостерігати мережу темної матерії. Науковці сподіваються, що запропоновані ними методи для вимірювання волокон між групами і скупченнями галактик можуть бути основою для майбутніх досліджень таких утворень. Вони мають надію, що майбутні дослідження і телескопи сприятимуть нашому подальшому розумінню темної матерії.
За інф. з сайту www.space.com
