Странное отклонение в джете блазара указало на скопление темной материи

Группа астрономов под руководством Сильке Бритцен из Института радиоастрономии имени Макса Планка в Германии обнаружила, что струя далекого блазара PKS 2233-148 испытала гравитационное линзирование со стороны невидимого объекта. Ученые полагают, что этим объектом может быть сгусток темной материи. Исследование, объединившее данные радио-, гамма- и рентгеновских телескопов, опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

В последние годы астрофизики все чаще обращают внимание на блазары – это активные ядра далеких галактик, которые выбрасывают из своих полюсов мощные струи раскаленного газа, движущиеся почти со скоростью света. Один из таких блазаров, известный как PKS 2233-148, особенно интересен тем, что его струя направлена практически прямо на Землю.

Именно эта особенность делает его идеальной мишенью для изучения космических нейтрино – таинственных частиц, которые рождаются в самых энергичных процессах во Вселенной. Нейтрино не имеют заряда, обладают ничтожной массой и пронизывают любые препятствия почти без взаимодействия, поэтому их происхождение до сих пор остается во многом загадкой.

Чтобы разобраться в механизмах рождения нейтрино, ученые сопоставляют их регистрацию, например, в антарктической обсерватории IceCube, с одновременными всплесками электромагнитного излучения, от радиоволн до гамма-лучей. Команда Сильке Бритцен взялась за тщательный анализ всех доступных данных по PKS 2233-148, собранных за многие годы наблюдений.

В их распоряжении были снимки с высоким разрешением, полученные сетью радиотелескопов VLBA, которая протянулась через всю территорию США, а также гамма-данные космического телескопа Fermi и рентгеновские измерения обсерватории Swift. Объединив эту информацию, исследователи смогли проследить, как меняется положение и яркость струи с течением времени.

Их анализ принес неожиданный и захватывающий результат. Оказалось, что в определенный момент струя блазара внезапно отклонилась от своей обычной траектории, словно кто-то невидимый толкнул ее в сторону. Почти одновременно с этим в гамма-диапазоне зафиксировали очень короткую и яркую вспышку, которая резко выделялась на фоне обычных, более плавных колебаний блеска.

Именно такое совпадение – быстрое смещение изображения и мгновенная вспышка, является классическим признаком гравитационного линзирования. Это явление происходит, когда между нами и далеким объектом проходит массивное тело: согласно теории относительности, его гравитация искривляет пространство-время, и свет от объекта идет к нам по искривленным путям, из-за чего видимое положение источника меняется, а яркость на время возрастает.

Самое интригующее в этой находке то, что видимого источника гравитации в том месте не обнаружили. Никакая обычная звезда, планета или облако газа не могли вызвать такое искажение. Поэтому астрономы предположили, что перед блазаром промелькнул компактный, но массивный сгусток темной материи.

Темная материя не излучает, не поглощает и не отражает свет, поэтому ее невозможно увидеть напрямую, но ее присутствие выдает себя именно через гравитационные эффекты. Если эта интерпретация верна, то PKS 2233-148 становится всего четвертым известным источником нейтрино, который когда-либо был обнаружен благодаря гравитационному линзированию. При этом предыдущие случаи относились к более крупным объектам, а здесь речь идет о потенциальной «субструктуре» – относительно небольшом сгустке темной материи, который раньше никто не наблюдал таким способом.

Такие события чрезвычайно редки и длятся недолго, поэтому заметить их удается далеко не всегда. Ученые подчеркивают, что им впервые удалось зарегистрировать линзирование, которое может указывать именно на подобную темную субструктуру. Теперь главная задача – продолжить охоту за похожими аномалиями и попытаться связать их с регистрацией нейтрино в IceCube. Если удастся поймать момент, когда гамма-вспышка от линзированного блазара совпадет с прилетом нейтрино на Землю, это станет мощным подтверждением того, что именно в струях блазаров рождаются эти неуловимые частицы. Такое совпадение помогло бы окончательно прояснить, какие именно процессы в окрестностях сверхмассивных черных дыр порождают нейтрино высочайших энергий.

В итоге исследование не только открывает новый, очень тонкий метод поиска темной материи по ее гравитационному «отпечатку» на свете далеких галактик, но и дает астрономам ценный ориентир для совместных наблюдений. Если в будущем число подобных линзированных блазаров возрастет, а их вспышки будут сопоставлены с данными нейтринных детекторов, мы сможем наконец приблизиться к разгадке того, откуда берутся самые энергичные частицы во Вселенной и какую роль в этом космическом ускорителе играет невидимая масса, пронизывающая пространство вокруг нас.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях