Трёхмерная карта тёмной материи Вселенной

Вот такой космический кинотеатр. Справа, вдалеке – "экран" – звёздное небо, которое "видит" Hubble. Если приглядитесь, то изображение телескопа увидите слева. Ну, а посередине то, ради чего всё это затевалось, – пространственно-временная модель тёмной материи (иллюстрация NASA, ESA, R. Massey/California Institute of Technology).

Тёмная материя – невидимая форма материи, которая отвечает за основную массу Вселенной. Несмотря на это, природа тёмной материи до сих пор не понята. Однако её присутствие заявляет о себе очень настойчиво: ведь чем больше масса, тем мощнее проявляются гравитационные взаимодействия, силу которых астрономы вполне могут определить.

В общем, хотя учёные постоянно узнают новое об этой непонятной субстанции, они могут только догадываться, о том, с чем же именно они работают.

Исследовательский коллектив под руководством Ричарда Мейсси (Richard Massey) из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology) подошёл к проблеме распределения тёмной материи ещё в более широком масштабе. Они решили создать карту распределения тёмной материи — причём, трёхмерную.

Для сравнения: карта распределения обычной (слева) и тёмной (справа) масс на изученном участке неба. Высокой концентрации массы соответствует бóльшая яркость (иллюстрация NASA, ESA, R. Massey/California Institute of Technology).

Создание карты невидимой материи не было таким уж невероятным. Да, тёмная материя не регистрируется визуально, хотя её очень много — примерно в четыре раза больше, чем обыкновенной. И тот, и другой вид материи существуют вместе, поэтому видимая – галактики, звёзды, газ – выдают присутствие тёмной.

Получается, что это чем-то напоминает картографирование ночного города, разглядеть который нельзя. Но в нём есть уличные фонари, по которым вполне можно воспроизвести расположение улиц и домов.

Но в этом картографировании есть и сугубо астрономические особенности.

Вверху – примерный процесс построения карты тёмной материи, а внизу – сама карта. Как видите, в прошлое она растягивается только на половину вселенской истории (иллюстрация NASA, ESA, R. Massey/California Institute of Technology).

Прежде чем свет попал в камеры космической обсерватории, он прошёл огромное расстояние. Этот путь луч пробегает не по прямой: он испытывает гравитационное воздействие, в первую очередь, от тёмной материи. Учитывая характер этих незначительных отклонений, можно оценить, какова гравитация, а значит, и узнать, какая масса является её "источником". Такой метод исследования называется слабым гравитационным линзированием.

Кстати, получилось так, что карта показывает тёмную материю не только в пространстве, но и во времени. Ведь свет от удалённых объектов идёт очень долго, а значит, если мы их видим, то наблюдаем их такими, какими они были когда-то давно. То есть, "заглядываем" в прошлое, а не только в даль. Кстати, учитывая эту особенность, точно так же удалось разведать некоторые подробности из истории тёмной энергии.

Если верить выводам учёных, обычная материя (в основном, содержащаяся в галактиках) собирается вокруг областей с самой плотной концентрации тёмной материи. Если верить полученной пространственной карте, то тёмная материя представляет собой неравномерную сеть из гигантских нитей, со временем увеличивающихся и пресекающихся в местах галактических скоплений.

"Срезы" тёмной материи, соответствующие расстоянию в 3,5, 5 и 6,5 миллиардов лет назад (иллюстрация NASA, ESA, R. Massey/California Institute of Technology).

Кстати, увеличение размеров скоплений галактик в ходе эволюции Вселенной, которое также подтвердилось и в ходе создания "тёмно-материальной" карты, должно сыграть большую роль в изучении свойств тёмной энергии. Эту форму энергии современная наука связывает с силой, "расталкивающей" галактики, о которой догадался ещё Эйнштейн (хотя свои догадки о ней он сам же и отверг).

Для своей работы учёные использовали данные проекта COSMOS. Он был посвящён изучению снимков Hubble, которые должны были пролить свет на существенные аспекты развития Вселенной. Кроме этого, использовали информацию ряда известнейших наземных обсерваторий и рентгеновского орбитального телескопа XMM-Newton.

Объясняя главную цель такого исследования, Мейсси сказал: "Мы хотим знать, что такое тёмная материя. А первый шаг должен помочь выяснить, где именно она находится".

Что ж, шаг сделан. Куда в дальнейшем исследователи космических "тёмных дел" направят свои стопы – покажет время.