Ученые считают, что темная материя, составляющая большую часть массы Вселенной, распределена в больших масштабах в виде сети длинных тонких нитей. Эти нити, в точках пересечения которых находятся скопления и суперкластеры галактик, образуют настоящую паутину, называемую космической, которую особенно трудно увидеть, поскольку она не взаимодействует со светом.
Чтобы попытаться изучить и "наблюдать" ее, астрономы используют явление слабого линзирования. То есть они используют деформацию пространства-времени, вызванную сильной гравитацией галактических скоплений и суперкластеров. Однако до сих пор им не удавалось напрямую различить хотя бы одну из этих нитей.
Теперь исследовательская группа из Университета Йонсей с помощью японского телескопа Субару ищет прямые признаки нитей темной материи в скоплении Волос Вероники. Это скопление галактик, расположенное на расстоянии 321 миллиона световых лет в созвездии Волос Вероники. При этом они определили конечные концы нитей, которые "опутывают" это скопление, простираясь на миллионы световых лет, и назвали их внутрикластерными нитями (Intra-Cluster Filaments (ICF)).
Это первый случай прямого обнаружения нитей космической паутины, охватывающей всю Вселенную. Таким образом, это открытие дает новые наблюдательные данные для проверки наших теорий о космической эволюции и ее крупномасштабной структуре.
Почему именно скопление Волос Вероники?
Скопление Волос Вероники, или Abell 1656, — это крупное скопление, содержащее более 1000 галактик. Вместе со скоплением Льва оно является одним из двух основных скоплений в составе суперкластера Волос Вероники. Это одно из самых крупных и ярких скоплений галактик на ночном небе, поэтому оно является одним из самых изучаемых астрономами небесных объектов. Как для понимания эволюции галактик, так и для поиска слабых признаков темной материи.
Фактически это было одно из первых мест, где наблюдаемые гравитационные аномалии считались признаком массы, состоящей из небарионной, то есть не обычной материи, поскольку она не излучала и не отражала свет, то есть казалась невидимой. В 1933 году Фриц Цвикки продемонстрировал, что галактики в скоплении Волос Вероники движутся слишком быстро, чтобы скопление могло удерживаться вместе видимой материей ее галактик. Хотя идея темной материи не будет принята еще пятьдесят лет, Цвикки написал, что галактики должны удерживаться вместе "dunkle Materie" (темной материей).
На сегодняшний день считается, что около 90 процентов массы скопления Волос Вероники приходится на темную материю. Именно поэтому оно было выбрано в качестве объекта для изучения с помощью телескопа "Субару", который обеспечивает оптимальное сочетание высокой чувствительности, высокого разрешения и широкого поля зрения, что делает возможным проведение подобных наблюдений. Благодаря тщательному анализу данных исследовательская группа определила конечные сегменты невидимых нитей темной материи, прикрепленных к скоплению Волос Вероники.
Темная материя в районе скопления Волос Вероники. Распределение темной материи, рассчитанное на основе этого исследования (темно-зеленое облако), наложено на изображение скопления Волос Вероники и более удаленных фоновых галактик, сделанное телескопом Субару. Видны нити темной материи, простирающиеся на миллионы световых лет.
Последствия этого открытия
Используемая в настоящее время космологическая модель предсказывает, что скопления галактик растут на пересечении нитей, структурирующих космическую паутину, и простираются на миллионы световых лет. Хотя эта гипотеза подтверждается экспериментальными наблюдениями барионной материи, до сих пор ни одно наблюдательное исследование не обнаружило компонент темной материи во внутрикластерных филаментах.
Это первое обнаружение ICF теперь служит доказательством в поддержку космологической модели, а также указывает исследователям на лучшие методы изучения и анализа других скоплений галактик на предмет слабых признаков филаментов.
Кроме того, результаты исследования показывают, что совпадение филаментов, обнаруженных в скоплении Волос Вероники, с известными крупномасштабными космическими филаментами, уже косвенно обнаруженными и в составе суперкластера Волос Вероники, указывает на связь между крупномасштабной структурой Вселенной и формированием скоплений галактик.
Таким образом, результаты данной работы в целом способствуют пониманию космической сети и роли темной материи в формировании и росте скоплений галактик. А также открывают новые возможности для изучения распределения и свойств темной материи во Вселенной. С исследованием, опубликованным в журнале Nature, можно ознакомиться здесь в препринт-версии.
Заглавное фото: Ложноцветная мозаика центральной области скопления Волос Вероники, объединяющая изображения в инфракрасном и видимом свете. В этом скоплении ученые впервые наблюдали нити темной материи, образующие космическую паутину, с помощью телескопа Субару.
