Кольцо Эйнштейна на задворках Вселенной

Недавно группа астрономов из США и Нидерландов обнаружила крошечную галактику, состоящую исключительно из темной материи. Она находится на расстоянии 7,3 миллиарда световых лет от нас. Это большая удача — обнаружить на задворках Вселенной объект, который совсем не светится. Ведь сделать это весьма не просто — ее никакой телескоп не разглядит.

Фото:

Эту историю можно начать такими словами: "темной-претемной ночью, в темном-претемном космосе астрономы нашли темную-претемную галактику, состоящую из темной-претемной материи". Что за бред, скажете вы? Если эта галактика действительно состоит из темной материи, то как астрономы могли ее обнаружить? Ведь данная материя потому и называется темной, что не может взаимодействовать с электромагнитным излучением (то есть поглощать или отражать его).

Что же, дорогие читатели, вы действительно правы — не может. Однако это совсем не значит, что подобную галактику вовсе нельзя обнаружить. Как говорится, она хитрая, но астрономы еще хитрее. Хотя бы потому, что "Общую теорию относительности" все-таки когда-то учили (и еще не успели забыть).

Дело в том, что в космосе достаточно мало мест, в которых не было бы объектов, испускающих сильное излучение. Если долгое время за ними наблюдать, то можно вычислить, какая средняя яркость им свойственна. И, соответственно, любое изменение яркости говорит о том, что рядом с этим "светилом" что-то находится. Например, таким образом астрономы находят экзопланеты, которые сами не светятся — периодическое изменение яркости звезды говорит о том, что планеты частично заслоняют звезду при своем движении.

Читайте также: Темную материю схватили за "хвост"?

Но при чем здесь "Общая теория относительности"? А при том, что, согласно ей, в космосе может наблюдаться так называемое гравитационное линзирование. Этот эффект возникает тогда, когда один отдаленный массивный объект находится вблизи или непосредственно на линии, соединяющей наблюдателя с другим объектом, намного более удаленным и не менее массивным.

В этом случае искривление траектории света с более близкой массой приводит к искажению формы удаленного объекта, которое при малом разрешении наблюдения приводит в основном к увеличению совокупной яркости того самого более удаленного объекта. И, соответственно, из-за подобного эффекта тот объект, что ближе (который и искривляет траекторию света), называют гравитационной линзой. Как правило, в роли такой линзы выступают галактики.

Одной из разновидностей такого линзирования является так называемое кольцо Эйнштейна. Оно наблюдается в том случае, если наблюдаемый объект находится непосредственно позади другого объекта со сферически-симметричным полем тяготения. В этом случае свет от более отдаленного объекта наблюдается как кольцо вокруг более близкого объекта.

И вот недавно объединенная группа астрономов из США и Нидерландов под руководством Симоны Вегетти, исследуя систему JVAS B1938+666, обнаружила подобный эффект. Ученые тщательно изучили ее изображения при помощи наземного телескопа Кек 2, а также космического телескопа "Хаббл". Выяснилось, что эта система состоит из двух галактик, причем расположенная на меньшем расстоянии от нас массивная эллиптическая играет роль той самой гравитационной линзы. А поскольку элементы системы JVAS B1938+666 и Земля находятся практически на одной линии, то можно наблюдать классическое кольцо Эйнштейна диаметром в ~0,9 угловой секунды.

Когда ученые сравнили полученные данные с результатами моделирования, они пришли к выводу, что та галактика, которая является гравитационной линзой, имеет массу, равную примерно (1,9 ± 0,1)•10⁸ массы Солнца. Подобная масса характерна для карликовых галактик-сателлитов, например, столько же весит известная карликовая эллиптическая галактика Sag DEG из созвездия Стрельца. Однако, в отличие от нее, данная "линза" вообще никак себя не обнаруживает — то есть не удалось зарегистрировать никакого излучения, исходящего от данного (заметьте, весьма массивного) объекта. Кроме того, этот объект не преломляет и не отражает свет. И объяснение данному феномену может быть только одно — эта галактика состоит из темной материи.

Следует заметить, что система JVAS B1938+666 отстоит от нас довольно далеко — на расстоянии около 10 миллиардов световых лет. А галактика, являющаяся гравитационной линзой, расположилась немногом ближе — ее и Солнечную систему разделяет 7,3 миллиарда световых лет. Астрономы считают, что обнаружить такую крошку на самых задворках Вселенной — это великое чудо. "Это галактика с самой малой массой, которую мы когда-либо видели на таком расстоянии" — один из авторов исследования, астрофизик рассказал Мэтью Оджер из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Но, надобно заметить, подобные открытия делались и раньше, причем все той же группой профессора Вегетти (у них просто чутье на темную материю).

Именно они в 2008 году обнаружили более массивную (ее масса составляет 3,5•10⁹ солнечной) карликовую галактику, которая тоже, по их предположениям, состоит из темной материи. Речь идет о системе SDSSJ0946+1006, которая состоит аж из трех галактик. Именно поэтому тогда "Хабблу" удалось зафиксировать достаточно редкий эффект — двойное кольцо Эйнштейна. Ближняя из них находится в трех миллиардах световых лет от нас, средняя — в шести миллиардах, а самая отдаленная — примерно в 11 миллиардах световых лет. Удалось определить массу и исследовать свойства только средней галактики. И она, так же как и "линза" из системы JVAS B1938+666, не излучает электромагнитные волны, и, кроме того, не преломляет и не отражает их. Следовательно, и она, по идее, должна быть сформирована темной материей.

В то же время с подобным утверждением согласны далеко не все астрофизики. Оппоненты указывают на то, что шесть и 7,3 миллиарда. световых лет — слишком большое расстояние, чтобы с уверенностью говорить о составе этих галактик. Они, например, могут содержать лишь тусклые звезды, свет от которых просто невозможно увидеть на таком расстоянии. Поэтому, по их мнению, следует изучить эти объекты более тщательно. Или же попытаться найти что-нибудь подобное вблизи от нас.

Читайте также: Темная материя вдруг засияла?

Кстати, ученые из группы Вегетти говорят о том, что, скорее всего, такие "темные" спутники есть вокруг любых массивных галактик. И вблизи нашего Млечного пути их, вероятно, тоже немало. Просто их очень сложно обнаружить, поскольку большие галактики создают очень сильный световой "фон". Однако не исключено, что в ближайшем будущем, когда чувствительность телескопов еще более возрастет, эти галактики, наконец-то, будут обнаружены…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"