Наблюдения указывают на пробел в современных теориях о темной материи
Большая масса скопления галактик отклоняет свет от фоновых объектов — явление, известное как гравитационное линзирование. Крупномасштабная гравитационная линза, создаваемая всем скоплением, может быть изменена за счет более мелкомасштабных массовых концентраций внутри скопления, таких как отдельные галактики.
Используя космический телескоп Хаббл и Очень большой телескоп (VLT) ESO, группа астрономов исследовала эти мелкомасштабные гравитационные линзы в 11 скоплениях галактик. Они обнаружили линзы, которые были на порядок меньше, чем можно было бы ожидать при космологическом моделировании, и пришли к выводу, что существует неопознанная проблема либо с преобладающими методами моделирования, либо со стандартной космологией.
«Скопления галактик являются идеальными лабораториями для изучения того, хорошо ли существующие модели Вселенной воспроизводят то, что мы можем сделать с помощью гравитационного линзирования», — сказал Массимо Менегетти, астроном из обсерватории астрофизики и космических исследований INAF.
«Мы провели много испытаний данных в этом исследовании, и мы уверены, что это несоответствие указывает на то, что какой-то физический компонент отсутствует либо в моделировании, либо в нашем понимании природы темной материи».
«Есть одна особенность реальной Вселенной, которую мы просто не фиксируем в наших нынешних теоретических моделях», — говорят ученые. «Это может сигнализировать о пробеле в нашем нынешнем понимании природы темной материи и ее свойств, поскольку эти изысканные данные позволили нам исследовать детальное распределение темной материи на мельчайших масштабах».
Изображения Хаббла в сочетании со спектрами от VLT помогли исследователям составить высокоточные карты темной материи 11 скоплений галактик, включая MACS J1206.2-0847, MACS J0416.1-2403 и Abell S1063.
К своему удивлению, в дополнение к дугам и продолговатым деталям далеких галактик, создаваемым гравитационным линзированием каждого скопления, они также обнаружили неожиданное количество дуг меньшего масштаба и искаженных изображений, вложенных около ядра каждого скопления, где находятся самые массивные галактики.
Они считают, что вложенные линзы создаются гравитацией плотных концентраций вещества внутри отдельных скоплений галактик.
Последующие спектроскопические наблюдения позволили измерить скорость звезд, вращающихся внутри нескольких скоплений галактик, чтобы таким образом определить их массы.
«Скорость звезд дала нам оценку массы каждой отдельной галактики, включая количество темной материи», — говорят исследователи.
Ученые сравнили свои карты темной материи с образцами смоделированных скоплений галактик с аналогичными массами, расположенных примерно на тех же расстояниях, что и наблюдаемые скопления.
Кластеры в компьютерном моделировании не показали одинаковый уровень концентрации темной материи на самых маленьких масштабах.
Наблюдаемые кластерные субструктуры являются более эффективными линзами, чем предсказывалось моделированием МЧР, более чем на порядок. Мы предполагаем, что систематические проблемы с моделированием или неверные предположения о свойствах темной материи могли бы объяснить наши результаты.
Исследование было опубликовано в журнале Science.