Взгляд в невидимое: астрономы обнаружили загадочный темный объект
Международная группа ученых обнаружила темный объект в далекой Вселенной, масса которого в миллион раз превышает массу Солнца.
Темная материя, представляющая собой загадочную форму материи, которая не испускает электромагнитного излучения, остается одной из фундаментальных загадок современной астрофизики. Ее свойства критически важны для понимания эволюции и структуры Вселенной. Ключевой вопрос, стоящий перед учеными, — является ли темная материя однородно распределенной или же она образует сгустки (комки), так как это напрямую указывает на ее природу. Поскольку наблюдать темную материю напрямую невозможно, единственным способом ее изучения является анализ гравитационного воздействия на видимую материю, в частности, с помощью эффекта гравитационного линзирования. Этот эффект, предсказанный общей теорией относительности Эйнштейна, заключается в том, что гравитация массивного объекта (линзы) искривляет путь света от более далекого источника, искажая и усиливая его изображение.
Международная группа ученых под руководством Девона Пауэлла из Института астрофизики Макса Планка предприняла сложную задачу по поиску таких темных объектов. Для этого они использовали метод, при котором в качестве «подсветки» применяются очень далекие галактики. Искажение их света позволяет обнаружить гравитационный след невидимой массы.
В своем исследовании команда задействовала мощную сеть радиотелескопов по всему миру, включая телескоп Грин-Бэнк, Американскую решетку со сверхдлинной базой (VLBA) и Европейскую интерферометрическую сеть (EVN). Объединение данных этих обсерваторий в Объединенном институте РСДБ ERIC в Нидерландах позволило создать виртуальный телескоп размером с Землю, обладающий исключительной чувствительностью.
Этот супертелескоп был нацелен на систему B1938+666, где галактика переднего плана создает эффект «кольца Эйнштейна» от более далекой радиогалактики. Высокоточные радионаблюдения, разрешающая способность которых в 13 раз превышала данные с инфракрасных телескопов, сразу выявили характерное сужение в гравитационной дуге. Как отметил Джон Маккин, руководивший сбором данных, это сужение было явным признаком присутствия дополнительного, невидимого компактного объекта между Землей и далекой галактикой.
Анализ показал, что обнаруженный объект имеет массу, примерно в миллион раз превышающую массу Солнца ((1,13 ± 0,04) × 10 6 M ⊙ ), что делает его наименее массивным объектом, когда-либо найденным с помощью данного метода — примерно в 100 раз меньше предыдущих рекордов. Он находится на колоссальном расстоянии около 10 миллиардов световых лет от нас, то есть мы наблюдаем его в эпоху, когда Вселенной было всего около 6,5 миллиардов лет.
Обработка столь сложных и объемных данных потребовала разработки принципиально новых алгоритмов моделирования и использования суперкомпьютеров. Симона Веджетти, участвовавшая в этом процессе, подчеркнула, что такие вычислительные подходы применялись впервые. Ключевым методом анализа стала техника гравитационной визуализации, которая позволяет картографировать невидимую массу, с высокой точностью сопоставляя мельчайшие аберрации в гравитационной дуге с влиянием темного сгустка.
Результат исследования имеет важное теоретическое значение. Обнаружение хотя бы одного такого маломассивного сгустка темной материи согласуется с теорией холодной темной материи, которая лежит в основе современных моделей формирования галактик. Как пояснил Девон Пауэлл, согласно этой теории, каждая галактика, включая Млечный Путь, должна быть заполнена подобными сгустками. Теперь главный вопрос заключается в том, можно ли обнаружить больше таких объектов и будет ли их количество соответствовать предсказаниям моделей.
В настоящее время команда продолжает анализ данных о найденном объекте и изучает другие участки неба с помощью той же методики. Если дальнейшие поиски покажут, что подобные загадочные объекты, полностью лишенные звезд, широко распространены во Вселенной, это может подтвердить одни и опровергнуть другие теории, описывающие природу темной материи. Таким образом, данное исследование открывает новую главу в высокоточном картографировании невидимой составляющей нашей Вселенной.