«Хаббл» нашел самые маленькие сгустки темной материи

Гравитационное линзирование помогло космическому телескопу «Хаббл» обнаружить самые маломассивные скопления темной материи. Массы этих образований находятся в диапазоне миллионов солнечных — это на 5–6 порядков ниже массы крупной галактики, например, Млечного Пути. Изучение обнаруженных сгустков поможет отбросить неправильные теории о природе темной материи и приблизиться к понимаю правильной, сообщили авторы на съезде Американского астрономического общества.

При анализе ряда астрономических наблюдений с учетом только известных физических законов и видов вещества могут возникать несоответствия: например, проблема кривых вращения галактик. Для их объяснения ученые выдвигают различные теории, которые обычно называются моделями темной материи. Большинство из них предполагает, что темная материя — это новый компонент Вселенной, а состоит она из частиц без электромагнитного взаимодействия. В таком случае частицы темной материи могут формировать сгустки — подобно тому, как обычная материя собирается в галактики.

Многие предложенные варианты темной материи дают одинаковые предсказания для величин, которые сейчас можно проверить достоверно: например, параметры галактической эволюции. Отличить их можно, например, при помощи поиска маломассивных объектов из темной материи: в некоторых моделях образование небольших структур затруднено, а в других подобных ограничений нет. Пока что у астрономов, однако, данных для этого недостаточно.

С помощью «Хаббла» американские астрономы под руководством Анны Ниренберг (Anna Nierenberg) из Лаборатории реактивного движения NASA детально рассмотрели восемь квазаров, свет которых был искажен гравитационным линзированием, в результате чего каждый наблюдался в виде нескольких изображений. Основными преломляющими свет телами были массивные галактики, но положения и относительные яркости изображений квазаров указали на присутствия невидимых объектов с массами порядка 10⁸ солнечных и меньше.

Объекты для наблюдения были выбраны из каталогов таким образом, чтобы их свет формировал конфигурацию креста Эйнштейна, то есть четыре отдельных источника, — так происходит только в случае очень близкого попадания преломляющего объекта на луч зрения. Такая ситуация позволяет с высокой точностью определить массу и размер искажающих свет объектов, но в случае изученных квазаров моделирование не смогло воспроизвести наблюдаемую конфигурацию при учете лишь одного крупного источника тяготения, однако добавление более мелких позволяло воспроизвести наблюдаемую картину.

Обнаруженные малые массы образований уже делают модели теплой темной материи маловероятными, так как в них предполагаются достаточно высокие скорости частиц, не позволяющие формироваться небольшим структурам. При этом их существование не запрещено в рамках стандартной модели холодной темной материи, частицы которой должны обладать достаточно высокими массами и небольшими скоростями по сравнению со светом.

В течение ближайших лет начнут работу обзорные инструменты нового поколения, такие как наземный LSST и космический Euclid. В результате их работы может быть открыто как минимум на порядок больше квазаров с линзированием в форме креста Эйнштейна, что позволит на новом уровне детальности исследовать модели темной материи.

Ранее астрономы показали, что модель сверхтекучей темной материи не выдерживает проверку Млечным Путем — она предсказывает слишком высокие скорости звезд поперек диска Галактики, хотя правильно воспроизводит параметры их движения внутри диска. Чтобы разобраться в основных моделях этого компонента Вселенной мы делали тест «Какая ты темная материя?».

Тимур Кешелава