Kids

eso1514ru — Научный релиз

Первые свидетельства негравитационных взаимодействий в темной материи?

Возможно, темная материя на самом деле не такая уж темная

15 апреля 2015 г.

В ходе наблюдений сталкивающихся галактик на Очень Большом Телескопе ESO и Космическом Телескопе Хаббла NASA/ESA, возможно, впервые наблюдалось негравитационное взаимодействие темной материи с другой темной материей. Получены новые интригующие данные об этом таинственном компоненте нашей Вселенной.

Группа астрономов изучала процесс столкновения сразу четырех галактик в скоплении галактик Abell 3827. Использовался приемник MUSE, установленный на телескопе ESO VLT в Чили, а также изображения, полученные на орбитальном телескопе Хаббла. С помощью этих инструментов ученые смогли установить распределение массы в системе сталкивающихся галактик и сравнить его с распределением светящегося вещества.

Несмотря на то, что темная материя невидима, ее положение можно было выявить благодаря влиянию ее гравитации на траекторию световых лучей, идущих от галактик, расположенных дальше по лучу зрения — явление, называемое гравитационным линзированием. Прямо на луче зрения, на котором находятся сталкивающиеся галактики, оказалась более далекая галактика фона; свет от нее по пути к Земле проходит через область, где происходит столкновение. Масса сталкивающихся галактик заметно искажает пространство-время, и в результате траектория световых лучей от фоновой галактики искривляется.

Согласно нашим теперешним представлениям, все галактики погружены в облака темной материи. Если бы не сдерживающее влияние ее тяготения, галактики, в том числе и наш Млечный Путь, разлетелись бы в процессе своего вращения в разные стороны под действием центробежных сил. Этого не происходит именно потому, что 95 процентов массы Вселенной [1] составляет темная материя. Но природa ее остается загадкой.

В ходе данного исследования ученые выполнили наблюдения всех четырех сталкивающихся галактик и обнаружили, что одно из облаков темной материи как бы «отстало» от своей галактики примерно на 5000 световых лет (50 000 миллионов миллионов километров). Чтобы отойти от нашей Галактики Млечного Пути на такое расстояние, космическому кораблю NASA «Вояджер» понадобилось бы 90 миллионов лет.

Такое отставание темной материи от связанной с ней галактики во время галактических столкновений теория предсказывает в том случае, когда темная материя взаимодействует с самой собой (хоть и очень слабо) посредством негравитационных сил [2]. Случаев, когда темная материя взаимодействует посредством сил, отличных от сил гравитации, никогда раньше не наблюдали.

Основной автор работы Ричард Мэсси (Richard Massey) из Дарэмского университета объясняет: “Раньше мы думали, что темная материя просто окружает галактики и ни во что не вмешивается, проявляется только своим гравитационным притяжением. Но если бы оказалось, что во время этого столкновения темная материя тормозится, это могло бы стать первым свидетельством того, что в «темной зоне», в окружающей нас скрытой Вселенной, идут сложные физические процессы.

Исследователи отмечают, что нужны дальнейшие исследования для обнаружения других эффектов, которые тоже могут привести к такому запаздыванию. Придется провести похожие наблюдения других галактик, смоделировать столкновение галактик на компьютере.

Член исследовательского коллектива Лилия Уильямс (Liliya Williams) из университета Миннесоты добавляет: “Мы знаем, что темная материя существует, потому, что видим проявления ее гравитационного притяжения, которое определяет структуру Вселенной. Но мы все еще поразительно мало знаем о том, что темная материя по сути такое. Наши наблюдения показывают, что темная материя может проявляться не только через гравитационное взаимодействие, но и посредством сил другой природы, а это значит, что некоторые принципиальные объяснения природы темной материи теперь могут быть отброшены.”

Этот вывод связан с последними исследованиями, выполненными группой. Астрономы провели наблюдения 72 столкновений между скоплениями галактик [3] и обнаружили, что темная материя взаимодействует сама с собой очень слабо. Однако в новой работе рассматриваются движения отдельных галактик, а не скоплений. Исследователи говорят, что столкновения между этими галактиками, возможно, продолжались дольше, чем те, что наблюдались в предыдущем исследовании. За это время влияние даже очень слабых сил трения смогло накопиться и создать заметное запаздывание темной материи по отношению к связанной с ней галактике [4].

В сочетании друг с другом эти два результата впервые позволяют наложить определенные ограничения на поведение темной материи: взаимодействия оказываются сильнее некоторого предела, но слабее другого. “Наконец, нам удалось взять темную материю в «вилку», ограничить параметры ее взаимодействий и сверху, и снизу”, -- говорит Мэсси.

Примечания

[1] Астрономы выяснили, что из общей массы и энергии Вселенной 68% приходится на долю темной энергии, 27% составляет темная материя и только 5% -- обычное вещество. Таким образом, цифра 95% соответствует общей доле темной составляющей Вселенной.

[2] Компьютерное моделирование показывает, что избыточное трение при столкновении галактик замедляет движение темной материи. Природа этого замедления неясна; оно может быть вызвано как хорошо известными эффектами, так и какими-либо экзотическими доселе неизвестными силами. Все, что можно сказать сейчас по этому поводу – что это не тяготение.

[3] В скоплениях галактик может находиться до тысячи отдельных галактик.

[4] Главным источником неопределенности в этом результате является продолжительность столкновения: трение, которое замедлило движение темной материи, могло быть либо очень слабым, но действующим на протяжении более миллиарда лет, либо относительно сильным и действующим на протяжении “всего” 100 миллионов лет.

Узнать больше

Результаты исследования представлены в статье “The behaviour of dark matter associated with 4 bright cluster galaxies located in the 10 kpc core of Abell 3827”, которая публикуется в выпуске журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society от 15 апреля 2015 г.

Состав исследовательской группы: R. Massey (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, UK), L. Williams (School of Physics & Astronomy, University of Minnesota, Minneapolis, Minnesota, USA), R. Smit (Institute for Computational Cosmology, UK), M. Swinbank (Institute for Computational Cosmology, UK), T. D. Kitching (Mullard Space Science Laboratory, University College London, Dorking, Surrey, UK), D. Harvey (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Observatoire de Sauverny, Versoix, Switzerland), H. Israel (Institute for Computational Cosmology, UK), M. Jauzac (Institute for Computational Cosmology, UK; Astrophysics and Cosmology Research Unit, School of Mathematical Sciences, University of KwaZulu-Natal, Durban, South Africa), D. Clowe (Department of Physics and Astronomy, Ohio University, Athens, Ohio, USA), A. Edge (Department of Physics, Durham University, Durham, UK), M. Hilton (Astrophysics and Cosmology Research Unit, South Africa), E. Jullo (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Université d’Aix-Marseille, Marseille, France), A. Leonard (University College London, London, UK), J. Liesenborgs (Observatoire de Lyon, Université Lyon, Saint Genis Laval, France), J. Merten (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California, USA; California Institute of Technology, Pasadena, California, USA), I. Mohammed (Physik-Institüt, University of Zürich, Zürich, Switzerland), D. Nagai (Department of Physics, Yale University, New Haven, Connecticut, USA), J. Richard (Observatoire de Lyon, Université Lyon, Saint Genis Laval, France), A. Robertson (Institute for Computational Cosmology, UK), P. Saha (Physik-Institüt, Switzerland), J. Stott (Department of Physics, Durham, UK) и E. Tittley (Royal Observatory, Edinburgh, UK).

Европейская Южная Обсерватория (ESO, the European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы, самая продуктивная в мире астрономическая обсерватория. В ее работе принимают участие 16 стран: Австрия, Бельгия, Бразилия, Великобритания, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили как страна, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономических исследований. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Паранал и Чахнантор. В обсерватории Паранал, самой передовой в мире астрономической обсерватории для наблюдений в видимой области спектра, установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT) и два обзорных телескопа: VISTA, который работает в инфракрасных лучах и является крупнейшим в мире телескопом для выполнения обзоров неба, и Обзорный Телескоп VLT (VLT Survey Telescope) -- крупнейший инструмент, предназначенный исключительно для обзора неба в видимом свете. ESO является европейским партнером крупнейшего астрономического проекта современности – системы радиотелескопов миллиметрового и субмиллиметрового диапазона ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Паранала, ESO ведет строительство E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) – 39-метрового Европейского Чрезвычайно Большого Телескопа для оптического и ближнего ИК диапазонов, который станет “величайшим в мире оком, устремленным в небо».

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: +7-812-363-7786
Сотовый: +7-911-212-2130
Email: km@gao.spb.ru

Richard Massey
Institute for Computational Cosmology
Durham University, United Kingdom
Телефон: +44 (0) 7740 648080
Email: r.j.massey@durham.ac.uk

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6655
Сотовый: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso1514.

О релизе

Релиз №:eso1514ru
Тип:Early Universe : Cosmology : Phenomenon : Dark Matter
Early Universe : Cosmology : Phenomenon : Lensing
Early Universe : Galaxy : Grouping : Cluster
Facility:Very Large Telescope
Science data:2015MNRAS.449.3393M

Изображения

Изображение скопления галактик Abell 3827, полученное с Космическим телескопом Хаббла
Изображение скопления галактик Abell 3827, полученное с Космическим телескопом Хаббла
Hubble image of galaxy cluster Abell 3827 showing dark matter distribution
Hubble image of galaxy cluster Abell 3827 showing dark matter distribution
только на английском

Видео

Hubble view of the galaxy cluster Abell 3827
Hubble view of the galaxy cluster Abell 3827
только на английском

Также смотрите наши