Используя инструмент MUSE на VLT ESO в Чили, а также изображения с орбиты Хаббла, группа астрономов изучила одновременное столкновение четырех галактик в скоплении галактик Abell 3827. Команда смогла отследить, где находится масса внутри системы, и сравнить распределение темной материи с положениями светящихся галактик.Хотя темную материю нельзя увидеть, команда смогла определить ее местоположение, используя технику, называемую гравитационным линзированием.
Столкновение произошло прямо перед гораздо более удаленным, не связанным с ним источником. Масса темной материи вокруг сталкивающихся галактик сильно искажала пространство-время, отклоняя путь световых лучей, исходящих от далекой фоновой галактики, и искажая ее изображение в характерные формы дуги.
В настоящее время мы понимаем, что все галактики существуют внутри скоплений темной материи. Без сдерживающего эффекта гравитации темной материи галактики, подобные Млечному Пути, разбегались бы при вращении. Чтобы предотвратить это, 85 процентов массы Вселенной [1] должно существовать в виде темной материи, и тем не менее ее истинная природа остается загадкой.
В этом исследовании исследователи наблюдали за четырьмя сталкивающимися галактиками и обнаружили, что один сгусток темной материи, похоже, отстает от галактики, которую он окружает. Темная материя в настоящее время находится на расстоянии 5000 световых лет (50 миллиардов миллионов километров) от галактики — космическому кораблю НАСА «Вояджер» потребуется 90 миллионов лет, чтобы путешествовать так далеко.
Задержка между темной материей и связанной с ней галактикой предсказывается во время столкновений, если темная материя взаимодействует с собой, даже очень незначительно, посредством сил, отличных от гравитации [2]. Никогда прежде не наблюдалось взаимодействия темной материи иначе, как за счет силы тяжести.Ведущий автор Ричард Мэсси из Даремского университета объясняет: «Раньше мы думали, что темная материя просто сидит, занимаясь своими делами, за исключением гравитационного притяжения.
Но если темная материя замедлялась во время этого столкновения, это могло быть первым. свидетельство богатой физики в темном секторе — скрытой Вселенной вокруг нас ».Исследователи отмечают, что потребуется дополнительное исследование других эффектов, которые также могут вызвать задержку. Потребуются аналогичные наблюдения большего количества галактик и компьютерное моделирование столкновений галактик.
Член группы Лилия Уильямс из Университета Миннесоты добавляет: «Мы знаем, что темная материя существует благодаря тому, как она гравитационно взаимодействует, помогая формировать Вселенную, но мы все еще очень мало знаем о том, что такое темная материя на самом деле. Наши наблюдения показывают, что темная материя может взаимодействовать с силами, отличными от гравитации, а это означает, что мы можем исключить некоторые ключевые теории о том, что может быть темной материей ».Этот результат следует из недавнего результата группы, которая наблюдала 72 столкновения между скоплениями галактик [3] и обнаружила, что темная материя очень мало взаимодействует с самой собой. Однако новая работа касается движения отдельных галактик, а не скоплений галактик.
Исследователи говорят, что столкновение между этими галактиками могло длиться дольше, чем столкновения, наблюдавшиеся в предыдущем исследовании, что позволяло эффекту даже крошечной силы трения со временем нарастать и создавать измеримое отставание [4].Взятые вместе, эти два результата впервые определяют поведение темной материи.
Темная материя взаимодействует больше, но меньше. Мэсси добавил: «Мы, наконец, находимся на темной материи сверху и снизу, сжимая наши знания с двух сторон».Примечания[1] Астрономы обнаружили, что общая масса / энергия Вселенной делится на 68% темной энергии, 27% темной материи и 5% «нормальной» материи.
Таким образом, цифра 85% относится к фракции «материи», которая является темной.[2] Компьютерное моделирование показывает, что дополнительное трение от столкновения может замедлить темную материю. Природа этого взаимодействия неизвестна; это могло быть вызвано хорошо известными эффектами или какой-то экзотической неизвестной силой. Все, что можно сказать здесь, это то, что это не гравитация.
Все четыре галактики могли быть отделены от своей темной материи. Но у нас есть очень хорошие измерения только по одной галактике, потому что она случайно так хорошо выровнена с фоном, объектом с гравитационной линзой.
С другими тремя галактиками линзовые изображения находятся дальше, поэтому ограничения на расположение их темной материи слишком слабы, чтобы делать статистически значимые выводы.[3] Скопления галактик содержат до тысячи отдельных галактик.[4] Основная неопределенность в результате — временной интервал столкновения: трение, которое замедлило темную материю, могло быть очень слабой силой, действующей в течение примерно миллиарда лет, или относительно более сильной силой, действующей «всего» в течение 100 миллионов лет. .