В ходе наблюдений за столкновением двух гигантских скоплений галактик, известных как MACS J0018.5+1626, астрономы получили прямое доказательство того, что темная и обычная (барионная) материя могут разделяться. Это уникальное событие позволило ученым не только подтвердить существование этого феномена, но и впервые в истории напрямую измерить скорость, с которой эти два типа материи расходятся друг от друга. Полученные данные открывают новую страницу в изучении природы темной материи, которая составляет подавляющую часть массы Вселенной, но остается невидимой и загадочной.
Галактические скопления — это крупнейшие гравитационно-связанные структуры в космосе. Их масса лишь на 15% состоит из обычной материи: звезд, планет и межгалактического газа. Остальные 85% приходятся на темную материю, которая не испускает и не поглощает свет, а проявляет себя только через гравитационное воздействие. При столкновении скоплений MACS J0018.5+1626 сами галактики, разделенные огромными расстояниями, практически не пострадали. Однако гигантские облака горячего газа, заполняющие пространство между ними, вступили во взаимодействие.
Механизм космического разделения
В результате столкновения газовые облака, состоящие из обычной материи, нагрелись и замедлились из-за электромагнитного взаимодействия и сил трения. Темная же материя, которая не участвует в электромагнитных взаимодействиях, практически беспрепятственно пронеслась сквозь область столкновения, продолжив движение вперед. Это и привело к пространственному разделению двух компонентов массы.
Для проведения этого комплексного исследования международная команда астрономов объединила данные с целого ряда ведущих обсерваторий мира, включая Субмиллиметровую обсерваторию Калифорнийского технологического института (CSO), обсерваторию Кека, рентгеновскую обсерваторию НАСА «Чандра», космический телескоп «Хаббл», космическую обсерваторию ЕКА «Гершель» и субмиллиметровый телескоп ALMA в Чили. Результаты этой масштабной работы были опубликованы в авторитетном Астрофизическом журнале.
Уникальная перспектива для измерений
Феномен разделения материи наблюдался и раньше, например, в знаменитом скоплении «Пуля». Однако случай с MACS J0018.5+1626 уникален своей геометрией: направление слияния было повернуто примерно на 90 градусов относительно «Пули». Если ранее наблюдения напоминали вид с трибун на гоночную трассу, то теперь ученые оказались «на пути встречной машины».
«Представьте столкновение двух грузовиков, перевозящих песок. Темная материя — это песок, который вылетает вперед через лобовое стекло», — приводит яркую аналогию астроном Эмили Силич из Калтеха и Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. Такая ориентация позволила впервые не просто зафиксировать факт разделения, а составить карту скоростей и напрямую измерить, насколько быстро темная материя «обгоняет» обычную.
Ключевая роль эффекта Сюняева — Зельдовича
Для измерения скорости газовых облаков ученые использовали sophisticated метод, основанный на динамическом эффекте Сюняева-Зельдовича (СЗ-эффект). Этот эффект возникает, когда фотоны реликтового излучения (космического микроволнового фона) сталкиваются с высокоэнергетическими электронами в горячем газе скоплений. В результате рассеяния энергия и частота фотонов изменяются, что создает измеримый доплеровский сдвиг. Анализируя эти изменения, астрофизики могут вычислить скорость движения газа.
Именно этот метод, впервые примененный для подобных целей около 11 лет назад, позволил команде обнаружить аномалию в MACS J0018.5+1626: горячий газ двигался в направлении, противоположном движению темной материи. Для изучения этого парадокса были привлечены данные рентгеновской обсерватории «Чандра», которые помогли проанализировать температуру, распределение газа и ударные волны внутри скопления.
Расчеты показали, что перед слиянием два скопления сближались с колоссальной скоростью — около 3000 километров в секунду. «Это исследование служит отправной точкой для более глубокого и детального изучения фундаментальной природы темной материи», — подчеркнула Эмили Силич.
Видео: Моделирование столкновения двух гигантских скоплений галактик. Когда происходит столкновение, темная материя (синяя) движется перед облаком горячего газа (оранжевого), состоящего из обычной материи).
Обратите внимание: Астрономы обнаружили необычный пульсар.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.