На окраинах Вселенной, на расстоянии около 10 миллиардов световых лет от нас, скрывается необычный объект. Его масса в миллион раз превышает массу Солнца, но при этом он совершенно невидим для любых стандартных астрономических систем. Обнаружить его помогла лишь его же собственная гравитация, которая искажает свет от более далеких галактик, выступая в роли гигантской космической линзы. Международная группа ученых предполагает, что этот таинственный объект может быть одним из самых убедительных на сегодня свидетельств существования темной материи .
👁️ Как увидеть невидимое?
Темную материю невозможно наблюдать напрямую — она не поглощает и не испускает электромагнитное излучение, оставаясь прозрачной для всего спектра, от радиоволн до гамма-лучей. Она проявляет себя только через гравитационное взаимодействие, и именно гравитация стала ключом к ее поиску .
Чтобы «увидеть» невидимое, астрономы использовали эффект, предсказанный Общей теорией относительности Эйнштейна, — гравитационное линзирование. Массивный объект, находящийся на линии зрения между Землей и далекой галактикой, искривляет своим гравитационным полем пространство-время, а вместе с ним и путь световых лучей. Это создает характерные искажения, дуги и даже кольца — «гравитационные следы» невидимой массы .
«Поиск объектов, которые не излучают свет, — непростая задача. Мы используем далекие галактики как подсветку, чтобы обнаружить их гравитационные отпечатки», — объясняет Девон Пауэлл, ведущий автор исследования, опубликованного в Nature Astronomy .
Для этого открытия ученые создали виртуальный «супертелескоп» размером с Землю, объединив мощности радиотелескопов Green Bank, Very Long Baseline Array и других обсерваторий. Это позволило добиться разрешения в 13 раз выше, чем у оптических телескопов, и разглядеть крошечные искажения, которые и выдали присутствие загадочного объекта .
❓ Почему именно темная материя?
Но почему астрономы решили, что этот объект состоит из темной материи, а не является просто скоплением обычного, но очень темного вещества?
· Отсутствие излучения: Объект не испускает свет ни в одном из известных диапазонов — ни в оптическом, ни в инфракрасном, ни в радиодиапазоне. На изображениях он выглядит как белое пятно — точка «защемления» на гравитационной дуге, но это лишь визуализация гравитационного эффекта, а не собственного свечения .
· Согласие с теорией: Обнаруженный объект является самым маломассивным из найденных методом гравитационного линзирования — примерно в 100 раз легче ранее выявленных сгустков темной материи. Его существование и свойства полностью согласуются с предсказаниями преобладающей космологической модели — теории холодной темной материи (CDM) .
· Исторический контекст: Гипотеза о темной материи возникла именно для объяснения гравитационных аномалий, которые нельзя было списать на обычное вещество. Еще в 1930-х годах астрофизик Фриц Цвикки, изучая скопление галактик в Волосах Вероники, обнаружил, что галактики движутся с слишком большими скоростями. Для удержания их в скоплении требовалась масса, в сотни раз превышающая массу всех видимых звезд . Позднее, в 1970-х, Вера Рубин и Кент Форд подтвердили этот парадокс, изучая вращение звезд в галактиках: скорости вращения на окраинах галактик не уменьшались, как того требовали законы Кеплера, что указывало на наличие невидимого массивного гало из темной материи .
🧩 Что такое темная материя и почему ее так трудно найти?
Согласно современным космологическим данным, Вселенная состоит всего на 4,9% из обычной (барионной) материи — той, из которой состоят звезды, планеты и мы сами. На темную материю приходится 26,8%, а остальные 68,3% — это еще более загадочная темная энергия . Таким образом, темная материя является доминирующей гравитационной силой, формирующей структуру Вселенной.
Ученые пока не знают, из чего состоит темная материя. Основные кандидаты — это гипотетические элементарные частицы, не входящие в Стандартную модель:
· WIMP (слабовзаимодействующие массивные частицы): тяжелые частицы, которые рождались в ранней Вселенной и могут аннигилировать при столкновении друг с другом .
· Аксионы: сверхлегкие частицы, которые могли бы решить не только проблему темной материи, но и другую фундаментальную проблему физики — нарушение СР-инвариантности в сильном взаимодействии .
Поиски этих частиц ведутся с помощью сверхчувствительных детекторов, размещенных в глубоких подземных лабораториях, на Большом адронном коллайдере и в других экспериментах, но пока ни один из кандидатов не был обнаружен напрямую .
💎 Значение открытия и взгляд в будущее
Обнаружение маломассивного объекта темной материи — это не просто очередное открытие в астрономии. Это серьезный технический прорыв и важное подтверждение теоретических моделей.
«Мы ожидали хотя бы один объект, и открытие полностью согласуется с предсказаниями теории холодной темной материи», — отмечает Девон Пауэлл .
Открытие подтверждает существующие модели формирования галактик и распределения темной материи. Если такие сгустки окажутся полностью лишенными звезд, это будет означать, что темная материя может формировать более компактные и изолированные структуры, чем считалось ранее.
«Найден один объект — теперь вопрос в том, сможем ли мы найти еще», — заключает Пауэлл . Дальнейшие исследования покажут, является ли этот объект редкой аномалией или частью огромной популяции невидимых сгустков темной материи, населяющих космическое пространство. В любом случае, это открытие приближает человечество к разгадке одной из величайших тайн мироздания.