Ученые, занимающиеся исследованием темной материи, столкнулись с очередной загадкой, которую преподнесла Вселенная. В этот раз специалисты зашли в тупик из-за фиксации несоответствия между теоретическими моделями распределения темной материи в космическом пространстве и данными практических наблюдений за ее проявлением в скоплениях галактик.
Специфическое изучение
Проблематика исследования темной материи как таковой заключается в том, что ее невозможно определить как физический объект. Это своего рода космический призрак, который не отражает, не поглощает и не излучает свет. Единственная основа для изучения – это наблюдение за ее гравитационным притяжением к видимой материи в космическом пространстве.
Ученые измеряют гравитацию темной материи по ее проявлениям в виде способности искажать пространство. Это эффект так называемого гравитационного линзирования.
Новые исследования
В результате изучения темной материи было обнаружено, что ее мелкомасштабные концентрации в кластерах создают в десятки раз более сильные эффекты гравитационного линзирования, чем предполагалось ранее.
Эти данные были получены в результате высокоточных наблюдений с помощью телескопа «Хаббл» массивных скоплений галактик. Также в исследованиях был задействован мощный телескоп (VLT) Европейской южной обсерватории в Чили.
Недостающий элемент
С точки зрения ученых, скопления галактик являются отличными «лабораториями», в которых можно изучать темную материю. Такие массивы скоплений можно рассматривать как хранилища темной материи, которая не только взаимодействует с галактиками, но и заключена внутри них.
Специалисты провели множество испытаний с компьютерным моделированием, чтобы сравнить теоретические представления с данными практических наблюдений. Как выяснилось, существующие модели вполне могут упускать некоторые детали, которые уже фиксируются в ходе физических наблюдений за скоплениями галактик, где и проявляет себя темная материя. В любом случае ученые приходят к выводу, что существующее понимание природы темной материи и ее свойств неполно.
Четкая идентификация
Подтверждение несоответствия теоретических моделей реальным физическим данным было подкреплено изображениями, полученными с телескопа NASA «Хаббл», который позволил ученым составить карту темной материи высокой точности.
Специалисты смогли идентифицировать десятки отображаемых линзированных галактик, замеряя появляющиеся искажения. В результате исследователи проследили динамику распределения темной материи.
Самым удивительным явлением в этом наблюдении было то, что массив крупномасштабных искажений, к обнаружению которого готовились ученые, также содержал и меньшие зоны кривизны, в которых, как предполагается, присутствуют отдельные небольшие скопления галактик с концентрацией темной материи.
Также известно, что распределение темной материи внутри галактик повышает эффективность линзирования.
Спектроскопические исследования
К полученным результатам наблюдения добавилось и последующее спектроскопическое изучение с замером скорости звезд, которые вращаются внутри нескольких скоплений галактик. Этот сегмент исследований позволил точнее выполнить привязки галактик к скоплениям, замеряя расстояния. По скорости звезд была определена масса объектов данных скоплений, а также количество связанной темной материи.
Ученые сравнили составленные карты темной материи с модельными образцами скоплений галактик такого же веса, которые были расположены примерно с теми же дистанциями, что и наблюдаемые массивы. При сравнении выяснилось, что в компьютерных моделях скопления не показывают ту же концентрацию темной материи на мелких масштабах, как это наблюдается практически во Вселенной.
Группа ученых «НАСА» планирует продолжить испытания стандартной теоретической модели темной материи для выявления конкретных причин ее несоответствия данным реальных наблюдений.
В будущем исследователи рассчитывают подключать к изучению более мощные телескопы, которые позволят обнаруживать далекие галактики и получать больше данных о поведении темной материи в их скоплениях. Увеличивая выборку скоплений галактик, исследователи смогут точнее анализировать и компьютерные модели с теоретическими представлениями темной материи.