В течение десятилетий астрономы подозревали, что во Вселенной больше материи, чем можно увидеть. Темная материя, как и темная энергия, остается загадочной, но ее существование выводится из того, что галактики ведут себя непредсказуемым образом. Например, тот факт, что галактики остаются сгруппированными вместе и что галактики внутри скоплений движутся быстрее, чем ожидалось. Как отмечают авторы нового исследования, видимые галактики формируются в самых плотных областях темной материи: когда мы смотрим в ночное небо, то видим свет далеких галактик, но не окружающую их темную материю, как если бы смотрели на огни ночного города. Вычисляя, как гравитация искажает свет – этот метод называется гравитационным линзированием – астрономы получают полную картину, как видимой, так и невидимой материи Вселенной. Результаты нового исследования показали, что материя распределена во Вселенной таким образом, который согласуется с предсказаниями стандартной космологической модели – лучшей современной модели Вселенной. О том, как ученым удалось составить самую подробную карту распределения таинственной темной материи во Вселенной рассказываем в этой статье.
Исследователи создали самую большую в истории карту темной материи – невидимого вещества, на долю которого, как считается, приходится 80 процентов всей материи во Вселенной.
Материя, которую нельзя увидеть
Внимательно всматриваясь в ночное небо астрономы ХХ века заметили кое-что странное – наблюдая за движением небесных тел они обнаружили, что оно отклоняется от законов небесной механики. Как правило подобное отклонение являлось следствием наличия поблизости неизвестного материального тела (или нескольких) – именно так были открыты Нептун и звезда Сириус В. Но так было далеко не всегда.
Впервые «темную материю» как ненаблюдаемую материю, о существовании которой можно судить лишь по ее гравитационному воздействию, описал в 1922 году голландский астроном Якобус Каптейн. Впоследствии его ученик Ян Оорт в 1932 году опубликовал свою, более точную оценку плотности темной материи в Млечном Пути (на основании анализа вертикальных колебаний звезд относительно плоскости Галактики). Благодаря работе ученых в те годы считалось, что темная материя представляет собой в буквальном смысле темное вещество Вселенной, не излучающее достаточно света.
Темная материя не поддается прямому наблюдению, так как не участвует в электромагнитном взаимодействии.
Сегодня мы знаем, что темная материя составляет 80% Вселенной. К доказательствам ее существования на сегодняшний день относятся данные, полученные с помощью гравитационного линзирования, а также компьютерных моделей, описывающих движение галактик и других небесных тел в наблюдаемой Вселенной.
Читайте также: Можно ли обнаружить темную материю на Земле или в Солнечной системе?
Поскольку материя искривляет пространство-время, астрономы могут составить карту ее существования, глядя на свет, падающий на Землю из далеких галактик. Если свет был искажен, это означает, что на переднем плане есть материя, изгибающая свет, когда он приближается к нам.
Искажая свет
В ходе нового исследования команда астрономов из Dark Energy Survey (DES) использовала искусственный интеллект для анализа изображений 100 миллионов галактик. Ученые внимательно изучали их форму, чтобы увидеть, был ли искажен свет, исходящий от них.
«Новая карта представляет собой расположение всей материи, обнаруженной на переднем плане наблюдаемых галактик, и охватывает четверть неба южного полушария,» – пишет New Scientist со ссылкой на исследование.
Темная материя – самая распространенная материя во Вселенной.
Найл Джеффри из Университетского колледжа Лондона, входящий в команду DES, отмечает: «Это настоящее чудо-увидеть эти огромные, скрытые структуры на большом участке ночного неба». Интересно, что на карте (на ней в основном показана темная материя) можно увидеть картину, аналогичную паутинной структуру с плотными сгустками материи, разделенными большими пустотами. Примечательно, что наблюдение за структурами космического масштаба может помочь ученым ответить на фундаментальные вопросы о Вселенной.
Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!
Карта темной материи
Авторы исследования, возглавляющие проект также отмечают, что новая карта показывает новые части Вселенной, которые мы никогда раньше не видели. «Мы действительно можем видеть структуру космической паутины, включая эти огромные структуры, называемые космическими пустотами, которые представляют собой области Вселенной с очень низкой плотностью, где очень мало галактик и меньше материи».
Ученые интересуются этими структурами, так как предполагают, что гравитация может вести себя внутри них совсем по-другому. Таким образом, определив их формы и расположение, карта может стать отправной точкой для дальнейшего изучения. Помимо прочего карта также приближает ученых к пониманию того, из чего состоит Вселенная и как она эволюционировала.
Самые яркие области карты показывают самые плотные области темной материи, соответствующие сверхскоплениям галактик, в то время как черные пятна представляют собой космические пустоты.
Расчеты команды DES показывают, что распределение этого вещества в целом согласуется с прогнозами в стандартной модели, оно не является идеальным.
Согласно стандартной модели космологии, Вселенная началась с большого взрыва, а затем она расширилась, и материя эволюционировала в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна, которая описывает гравитацию. Эти гравитационные силы и создали сгустки и пустоты материи, которые составляют космическую паутину. Подробнее о том, что представляет собой эта гигантская структура, я рассказывала в этой статье.
