Крест Эйнштейна — это явление, которое возникает из-за эффекта гравитационного линзирования, когда появляются дополнительные изображения удаленного объекта. Обычно их бывает четыре, но на этот раз возникло пятое. И именно оно позволило больше узнать о темной материи.
Невозможное изображение
Недавнее изображение галактик, полученное телескопом «Хаббл», очень удивило ученых: они говорят, что такого не может быть.
«Крест Эйнштейна» — это редкое космическое явление, при котором свет от удаленной галактики искажается под действием гравитации находящихся перед ней галактик, образуя четыре изображения. Но дополнительное изображение в этом кресте Эйнштейна указывало на «нечто необычное», оказавшееся массивным скрытым ореолом темной материи. Существование этой невидимой структуры можно было обнаружить только с помощью тщательного компьютерного моделирования и анализа.
Открытие, сделанное международной командой, в состав которой входят Чарльз Китон, Эндрю Бейкер и аспирантка Рутгерского университета Лана Эйд, опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.
Темная материя составляет большую часть материи во Вселенной, но ее невозможно увидеть напрямую. «Мы знаем о ее существовании только благодаря тому, как она влияет на то, что мы видим, например, как она преломляет свет от отдаленных галактик», — сказал Бейкер, выдающийся профессор кафедры физики и астрономии Школы искусств и наук и соавтор исследования. «Это открытие дает нам редкую возможность подробно изучить эту невидимую структуру», — добавил он.
Моделирование гравитационной линзы
Первый шаг к этому открытию был сделан во Франции. Команда исследовала удаленную пылевую галактику под названием HerS-3. Используя радиотелескопы во французских Альпах NOEMA и Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку (ALMA) в Чили, они увидели, что свет HerS-3 разделился на пять, а не на четыре изображения. Поначалу они подумали, что это может быть сбой в данных. Но пятое изображение не исчезало.
Компьютерное моделирование гравитационной линзы, выполненное Китоном и Эйдом, показало, что четыре видимых галактика на переднем плане, вызывающие гравитационное искривление, не могут объяснить детали пятикратного изображения. Только с добавлением большой невидимой массы, в данном случае гало темной материи, модель могла соответствовать наблюдениям.
«Мы попробовали все разумные конфигурации, используя только видимые галактики, но ни одна из них не работала», — сказал Китон, также профессор кафедры физики и астрономии и соавтором исследования. «Единственный способ согласовать математику и физику — это добавить гало темной материи. В этом состоит сила моделирования. Оно помогает выявить то, что нельзя увидеть».
Природная лаборатория
Необычная конфигурация не только круто выглядит: ученые утверждают, что она имеет научную ценность. Эффект линзы увеличивает фоновую галактику, позволяя астрономам изучать ее структуру более подробно, чем обычно. Он также дает редкую возможность узнать о темной материи, окружающей галактики на переднем плане. Это создает необычную природную лабораторию для исследования темной материи.
Команда ученых предусмотрела, что в будущих наблюдениях могут быть видны другие особенности, такие как утечка газа из галактики. Если эти предсказания будут подтверждены, это станет мощным подтверждением их моделей. Если нет, это все равно научит их чему-то новому.
«Это опровергаемое предсказание. Если мы посмотрим и не увидим этого, нам придется вернуться к начальному этапу. Так работает наука», — сказал Китон.
Бейкер отметил, что открытие стало возможным благодаря международному сотрудничеству и поддержке науки со стороны федерального правительства США. «ALMA в Чили и Очень Большая Решетка (VLA) в Нью-Мексико поддерживаются Национальным научным фондом, а космический телескоп «Габбл» — NASA. Все они сыграли важную роль в этой работе. Мы надеемся, что они и дальше будут способствовать таким открытиям в будущем», — сказал он.
По материалам phys.org
