Кривина простору-часу навколо колосальної маси дала найдетальніші вимірювання космічного розподілу темної матерії. За допомогою гравітаційної лінзи команда під керівництвом космолога Каїкі Таро Іноуе з Кіндайського університету в Японії склала карту загадкової форми матерії в найменшому масштабі, який ми коли-небудь бачили, з роздільною здатністю лише 30 000 світлових років.
Це може здатися великим, але якщо врахувати, що Чумацький Шлях має діаметр приблизно 100 000 світлових років, це ще більше вражає. Дослідники змогли нанести на карту те, що ми навіть не можемо побачити, у масштабі менше третини розміру нашої галактики, на понад 7,5 мільярдів світлових років. Це дивовижно.
Аналіз ґрунтувався на випадковому вирівнюванні космічних об’єктів, відомому як гравітаційна лінза. Простір-час криві навколо масивних тіл у спосіб, який нагадує, як батут робить ямочки під вашим тілом, коли ви сидите на ньому. Якщо ви катаєте кульки по батутному килимку, вони рухатимуться не по прямій, а по вигнутій лінії, слідуючи округлій поверхні.
Подібне відбувається зі світлом, що тече крізь простір, коли воно стикається з викривленим простором-часом навколо масивного об’єкта, такого як галактика чи скупчення галактик. Отже, якщо у вас є, скажімо, віддалена галактика за одним із цих об’єктів, світло від більш віддаленої галактики спотворюватиметься та посилюватиметься під час проходження через викривлений простір-час.
Однією з причин, чому це чудово, є те, що вчені можуть вивчати ці далекі галактики набагато детальніше, ніж вони могли б без об’єктива. Але те, як світло спотворюється та розмазується, також може виявити розподіл сили тяжіння в лінзі переднього плану.
Це, як виявилося, чудовий спосіб знайти, де ховається темна матерія. Ми не знаємо, що таке темна матерія; він не випромінює світла, тому ми не можемо виявити його безпосередньо. Ми знаємо, що у Всесвіті є якась невидима маса, яка створює надлишкову гравітацію. Ми можемо виявити вплив цієї сили тяжіння і таким чином відстежити, де ховається маса.
Це ще не скаже нам, що таке темна матерія, але визначення її місця може допомогти нам зрозуміти, як вона працює. У випадку з гравітаційною лінзою, як тільки ви віднімаєте всю нормальну матерію (тобто галактики) із розподілу маси, декодованого з викривленого світла фонового об’єкта, у вас залишається темна матерія.
Це те, що Іноу та його колеги зробили з галактикою з гравітаційними лінзами під назвою MG J0414+0534, яка знаходиться так далеко, що її світлу знадобилося приблизно 11,3 мільярда років, щоб досягти нас. Сидячи трохи ближче, лінзова галактика на передньому плані спотворила та розділила це світло на чотири зображення.
Позиції цих розділених зображень не повністю пояснюються ефектом лінзування видимих частин галактики на передньому плані. Отже, використовуючи потужний великий міліметровий/субміліметровий масив Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array і нову техніку аналізу, дослідники відняли вплив видимих частин лінзової галактики на викривлене світло від MG J0414+0534 для більш детальної карти темної матерії лінзи. .
Ця отримана карта підтверджує теорію про те, що всередині галактик, а також у просторі між галактиками є багато згустків темної матерії, як це передбачено теорією холодної темної матерії. Це вперше підтверджує, що ця теорія залишається послідовною в цьому масштабі, меншому за галактики.
Дослідники кажуть, що це новий потужний інструмент, який допоможе зрозуміти темну матерію. Нездатність визначити його розподіл у масштабах, менших за галактики, завадила спробам обмежити його властивості. Можливість зробити це допоможе вченим звузити варіанти ідентичності таємничої всюдисущої маси. Джерело