Астрономам удалось узреть невидимое. Несколько групп исследователей совместными усилиями начали составлять карту распределения темной материи во Вселенной.
Темная материя, как известно, — это невидимое вещество, которое проявляет себя исключительно благодаря гравитационному взаимодействию с галактиками.
На ее долю, согласно расчетам, приходится около 23 % общей массы Вселенной, в то время как «обычная» материя составляет лишь около 4 % массы. Все остальное приходится на не менее загадочную темную энергию.
О существовании темной материи и темной энергии, напомним, ученые догадались по косвенным фактам.
Согласно их расчетам, звездные объекты — галактики и их скопления — должны перемещаться, постепенно замедляя свое ускорение, полученное в результате Большого взрыва. Однако, как показали недавние спектральные замеры, дело обстоит как раз наоборот: чем дальше галактики удаляются от центра, тем выше становится их скорость.
Так получается потому, полагают теоретики, что темная материя воздействует на звездные тела своим гравитационным притяжением. А темная энергия, похоже, обладает свойствами антигравитации, то есть отталкивает от себя небесные тела.
Но если темная материя имеет столь огромную, хотя и невидимую массу, она должна где-то располагаться.
Где именно?
«Наши теории о темной материи исходят из того, что она должна образовывать сложную ячеистую структуру в глубинах космоса, между видимыми галактическими скоплениями, — рассказывает доктор Кэтрин Хейманс из Эдинбургского университета. — Общая теория гравитации Эйнштейна постулирует, что гравитация искажает пространство и время, поэтому по форме этих искажений мы можем делать выводы о существовании во Вселенной концентраций темной материи. Она как бы оставляет свою роспись на изображениях очень отдаленных галактик».
Современные оптические телескопы позволяют получить крупномасштабные карты звездного неба.
Астрономы франко-канадской обсерватории на Гавайских островах опубликовали самые крупномасштабные снимки космических объектов, указывающие на существование темной материи. Каждый снимок отображает участок неба протяженностью в миллиард световых лет.
Астрономы видят на снимках следы искажения гравитацией света дальних звезд, которые могут указывать на воздействие темной материи.
Четыре снимка были сделаны в разное время года; на них уместились изображения более 10 млн. галактик, свет которых подвергается гравитационному искажению. Масштаб изображений примерно в 100 раз превышает масштаб сходных фотографий, полученных с помощью орбитального телескопа «Хаббл» в рамках эксперимента Cosmic Evolution Survey (исследования по космической эволюции).
Кроме того, в своих работах Джеймс Аннис и его коллеги из Национальной лаборатории имени Ферми, а также коллектив под руководством Эрика Хаффа из университета Калифорнии в Беркли использовали материалы из последней коллекции так называемого Слоановского цифрового обзора неба (SDSS).
Проект SDSS начал свою работу в 2000 году. Его цель — картографирование всего ночного неба в Северном и Южном полушариях Земли. Основной инструмент исследований — 2,5-метровый широкоугольный телескоп американской обсерватории Апашпойнт. Сейчас уже картографировано около 35 % площади ночного неба.
Скопления галактик указывают на регионы с наибольшей плотностью темной материи.
В центре новой карты для масштаба приведено изображение Луны, а также участка звездного неба, картографированного ранее.
Обе группы исследователей использовали снимки из коллекции SDSS для изучения так называемых «космических сдвигов» — небольших искривлений потоков света, вызванных притяжением темной материи.
Большинство астрономов полагает, что каждая галактика обрамлена «поясом» — гало — из темной материи.
Такие пояса и не дают звездам и другим сгусткам материи разбежаться. Обнаружить же эти скопления темной материи удается потому, что частицы света, фотоны, испускаемые звездами, меняют траекторию движения при приближении к скоплению темной материи. И эту смену курса — «космический сдвиг» — замечают земные приборы. По величине сдвига можно судить и о массе темной материи.
На основании полученных данных каждая группа ученых составила свой вариант карты темной материи, а затем они сравнили полученные результаты. Их выводы совпали, что подтвердило правильность методики.