Наблюдая за столкновением двух гигантских скоплений галактик, астрономы смогли продемонстрировать, что темная материя и обычная материя могут разделиться при определенных обстоятельствах. Ученые говорят, что два скопления галактик, известные под общим названием MACS J0018.5+1626, предоставляют важную информацию о сложности материи. Кроме того, это наблюдение позволяет впервые напрямую измерить скорость разделения темной материи и обычной материи.
Скопления галактик — это огромные космические структуры, удерживаемые вместе гравитацией. Обычно 15% их массы составляет обычная материя (в основном в виде горячего газа, звезд и планет). Остальные 85% — это темная материя, невидимая субстанция, на которую действует гравитация. Когда произошло столкновение скопления J0018.5+1626 MACS, большинство галактик остались нетронутыми из-за большого пространства, которое их разделяло.
Однако резервуары горячего газа между этими галактиками столкнулись. В результате по мере нагревания газа обычная материя, которая также взаимодействует электромагнитно, замедляется. А темная материя, на которую не влияют электромагнитные воздействия, продолжает двигаться вперед.
Чтобы сделать это новаторское наблюдение, команда использовала данные нескольких обсерваторий, в том числе Субмиллиметровой обсерватории Калифорнийского технологического института, обсерватории В.М. Кека, рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра», космического телескопа «Хаббл», космической обсерватории «Гершель» Европейского космического агентства и субмиллиметрового телескопа в Атакаме. Чили. Результаты анализа опубликованы в журнале .
Возможность измерить скорость темной и обычной материи
Такое разделение между темной материей и обычной материей наблюдается не впервые. Подобное явление наблюдается в скоплении Пуля, где два скопления галактик пересекают друг друга. В ходе этого слияния обычная материя отстает от темной материи.
Обратите внимание: Астрономы обнаружили необычный пульсар.
В случае MACS J0018.5+1626 были сделаны аналогичные наблюдения, но направление слияния было повернуто примерно на 90 градусов относительно направления кластера пуль.«Представьте себе массивное столкновение нескольких самосвалов, перевозящих песок. Темная материя выглядит как песок и летит вперед», — объясняет астроном Эмили Силич из Калифорнийского технологического института и Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. Именно такая ориентация MACS J0018.5+1626 дает исследователям уникальную возможность впервые составить карту скоростей темной и обычной материи.
«Когда мы смотрим Bullet Cluster, это похоже на то, как будто мы сидим на трибунах и наблюдаем за гоночной машиной», — объясняет Джек Сэйерс. «Здесь это больше похоже на то, как будто вы стоите по прямой перед встречной машиной с радаром и можете определить ее скорость», — добавил он.
Чтобы измерить скорость газа в скоплении, Сэйерс и его коллеги использовали метод наблюдения, называемый динамическим эффектом Сюняева-Зельдовича (СЗ). Эффект SZ возникает, когда фотоны космического микроволнового фона (CMB) рассеивают электроны в горячем газе, вызывая доплеровский сдвиг. Измеряя это изменение светимости, ученые могут определить скорость газовых облаков в скоплениях галактик.
«Когда мы впервые включили нашу новую камеру CSO для наблюдения за скоплениями галактик в 2006 году, эффект Сюняева-Зельдовича все еще был совершенно новым инструментом наблюдения», — сказал Сунил Голвала. «Когда мы установим это новое поколение инструментов на телескоп в его новом доме в Чили, мы ожидаем много новых сюрпризов», — добавил он.
Команда впервые обнаружила динамический эффект СЗ 11 лет назад в скоплении галактик под названием MACS J0717. В 2019 году динамические эффекты СЗ вновь были использованы для измерения скоростей газа в нескольких скоплениях галактик. Исследователи также использовали данные обсерватории Кека для определения скорости галактик, а также для определения скорости темной материи.
Однако на этом этапе поиска внимание команды привлекла аномалия в MACS J0018.5+1626: горячий газ двигался в направлении, противоположном темной материи. «У нас возникла совершенно странная ситуация, когда скорость двигалась в противоположном направлении», — объяснил Сэйерс. Для изучения этого явления ученые использовали данные рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра».
Им удалось проанализировать температуру, расположение газа внутри скопления и уровень его ударных волн. Исследователи обнаружили, что перед слиянием звездные скопления MACS J0018.5+1626 двигались навстречу друг другу со скоростью 3000 километров в секунду. «Это исследование является отправной точкой для более детального изучения природы темной материи», — заключил Силик.
Видео: Моделирование столкновения двух гигантских скоплений галактик. Когда происходит столкновение, темная материя (синяя) движется перед облаком горячего газа (оранжевого), состоящего из обычной материи).
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.