Новые наблюдения "Хаббла" разошлись со стандартным представлением о тёмной материи
Галактики, как и люди, не любят одиночества. Например, из 10 тысяч ближайших к нам галактик только 5–10% сравнительно изолированы. Ещё 10% образуют пары. 10-20% звёздных систем входят в состав скоплений, а все остальные образуют группы, содержащие от трёх галактик до нескольких десятков. В их числе и наш Млечный Путь, входящий в Местную группу.
Система галактик называется скоплением, если в ней от нескольких десятков до нескольких тысяч (иногда больше) звёздных систем. Скопления объединяются в сверхскопления, а те образуют гигантские "соты" – грандиозную ячеистую структуру Вселенной, где легионы звёздных систем собраны в "нити" или "стены", окаймляющие пустоты – войды.
Когда вещество собирается в таком количестве, оно пляшет под дудку гравитации. Распределение тяготеющих масс – вот что определяет форму скоплений галактик и движение внутри него. Но, как известно уже несколько десятилетий, гравитирует не только вещество, видимое в телескопы каких бы то ни было диапазонов. Огромная часть массы галактических скоплений приходится на тёмную материю.
Что она такое? Никто не знает. Эта загадочная субстанция не взаимодействует с электромагнитным излучением, по крайней мере, достаточно сильно, чтобы мы это заметили. Поэтому изучается она по единственному наблюдаемому проявлению – гравитационному воздействию на видимое вещество. Это свойство позволяет астрофизикам создавать подробные карты её распределения по Вселенной.
Мейнстримные теории предполагают, что тёмная материя состоит из частиц, которые движутся медленно по сравнению со скоростью света и взаимодействуют друг с другом только посредством гравитации. Такая модель успешно объясняет те самые "соты" – крупнейшую структуру в видимой Вселенной. Из таких свойств тёмной материи следует ещё несколько выводов, которые может проверить наблюдатель (проверяемые прогнозы – ключевой признак научной теории, отличающий её от философских словопрений).
Например, астрономам давно известно, что вблизи центра крупного скопления, состоящего из тысяч галактик, обычно находится очень массивная и яркая звёздная система. Её так и называют ярчайшей галактикой скопления (латинская аббревиатура BCG). Самая популярная модель тёмной материи "сообщает", что эта галактика торжественно восседает точно в центре масс кластера. Однако новейшие наблюдательные данные заставляют усомниться в этом.
Команда швейцарских, французских и британских астрономов во главе с Дэвидом Харви (David Harvey) наблюдала десять скоплений галактик с помощью старого доброго "Хаббла". Учёные использовали эффект гравитационного линзирования, чтобы оценить распределение массы по кластеру. Это замечательное явление предсказывается общей теорией относительности Эйнштейна. Оно заключается в том, что сильная гравитация искривляет путь лучей света, то есть массивные объекты работают как линзы. Наблюдая изображения, которые при этом получаются, можно восстановить распределение силы тяжести и, следовательно, массы.
Результаты анализа немало удивили учёных. Оказалось, что BCG вовсе не обязательно находится в центре масс кластера. Для исследованной выборки разброс составил в среднем около сорока тысяч световых лет.
Авторы отмечают, что нечто подобное предсказывалось экзотическими моделями тёмной материи, в которых её частицы взаимодействуют между собой не только с помощью гравитации. Впрочем, они не исключают, что дело может быть не в свойствах этой загадочной сущности, а в каком-нибудь пока неизвестном науке астрофизическом процессе.
Большие надежды исследователи возлагают на будущую космическую миссию "Евклид" (Euclid). Этот аппарат, специально предназначенный для изучения тёмной материи, планируется запустить в 2020 году. Вероятно, он позволит ответить на многие вопросы.
Результаты исследования были опубликованы в архиве препринтов arXiv.org. Позднее они появились в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
К слову, не так давно мы писали о массивном сверхскоплении галактик, обнаруженном не так уж далеко от Млечного Пути.