На встречных курсах
Американские орбитальные обсерватории получили снимки древнего космического катаклизма, которые вновь убедительно подтвердили гипотезу о существовании темной материи. Космический телескоп Хаббл и рентгеновская орбитальная обсерватория Чандра сфотографировали в видимом свете и в рентгеновских лучах исполинское скопление галактик MACSJ0025.4-1222, которое от нас отделяет дистанция в 5 миллиардов 700 миллионов световых лет. Лучи от этого скопления, которые теперь достигли Земли, были испущены, когда возраст Вселенной составлял около половины ее нынешнего возраста.
Синтез оптических и рентгеновских фотографий галактического кластера позволил установить, что его центральная зона преимущественно заполнена обычной материей, которая в основном представлена сильно нагретым газом, испускающим рентгеновские кванты. Именно эту область, которая на итоговом изображении окрашена в розовый свет, сфотографировала аппаратура обсерватории Чандра.
Приборы Хаббла, напротив, зарегистрировали распределение всей содержащейся внутри кластера материи, как обычной, так и темной. Эта регистрация стала возможной потому, что эта материя своим притяжением отклоняла свет более далеких галактик, который по пути к нашей части космоса проходил мимо скопления MACSJ0025.4-1222. На снимке видно, что по обе стороны от обычного вещества лежат гигантские участки пространства, где основным источником тяготения служит темная материи (они закрашены в синий цвет).
По мнению ученых, структура кластера MACSJ0025.4-1222 объясняется его происхождением. Он образовался в результате слияния двух столкнувшихся кластеров-предшественников, общая масса каждого из которых тысячекратно превышала массу Млечного Пути. Когда эти кластеры столкнулись на скоростях порядка двух тысяч километров в секунду, входящие в них звезды этого практически не почувствовали – по причине большой удаленности друг от друга. А вот газовые облака претерпели взаимное торможение и потому сконцентрировались в центральной зоне. Взаимодействие между облаками породило мощные ударные волны. Эти волны сильно разогрели и без того уже горячий газ и заставили его интенсивно светиться в рентгеновском диапазоне.
Иная судьба постигла частицы темной материи, которые взаимодействуют друг с другом и с обычным веществом очень слабо или не взаимодействуют вовсе – в точности это пока неизвестно. При столкновении кластеров они не слишком замедлили свое движение и постепенно разлетелись в противоположных направлениях, далеко удалившись от основной части обычного вещества. Именно это состояние и запечатлено на снимке.
Стоит отметить, что два года назад астрофизики уже смонтировали и продемонстрировали аналогичную картинку. Она была получена объединенными усилиями интернациональной группы ученых, которые использовали как аппаратуру Чандры и Хаббла, так и приборы Очень Большого Телескопа расположенной в Чили Южной Европейской обсерватории и находящегося по соседству телескопа Магеллан.
Эти исследователи проанализировали снимки открытого в 1995 году космического объекта 1Е0657-556 из южного созвездия Киля, который также называют Cкоплением Пули [Bullet Cluster]. Оказалось, что и он представляет из себя пару галактических скоплений, которые около ста миллионов лет назад испытали лобовое столкновение на встречной скорости 4700 км/сек, а теперь мало-помалу удаляются друг от друга. Это столкновение тоже привело к разделению основных масс обычной и темной материи. Оно и было запечатлено на синтетическом изображении объекта, опубликованном в августе 2006 года.
Я позвонил одному из авторов статьи в Astrophysical Journal Маруше Брaдач [Marusa Bradaс], астрофизику из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. В беседе она подчеркнула, что новые результаты позволили убедительно подтвердить выводы, которые были сделаны два года назад при изучении Скопления Пули. Теперь не приходится сомневаться, что межгалактические столкновения могут действовать в качестве своего рода космических сепараторов, отделяющих обычную материю от темной.
Это означает, что дальнейшее изучение сталкивающихся галактик и галактических кластеров имеет все шансы обогатить физику и астрофизику множеством интереснейших открытий. В частности, такие исследования дадут возможность уточнить природу и свойства темной материи, о которых пока мало что известно.
Масса минигалактик
Ученые определили массу большинства карликовых галактик, окружающих Млечный Путь. Давно известно, что наша собственная Галактика, Млечный Путь, имеет свиту в лице галактик куда меньшего размера. Сейчас астрономам известны 23 такие минигалактики, хотя не исключено, что на самом деле их даже больше. Некоторые из этих звездных скоплений излучают очень мало света, лишь в тысячу раз больше, чем Солнце. Светимость других галактических спутников Млечного Пути в тысячи и десятки тысяч раз выше.
Исследователи Калифорнийского университета с коллегами из других научных центров установили массу почти всех галактик-сателлитов – восемнадцати из двадцати трех. К их удивлению, она оказалась одинаковой, несмотря на гигантские различия в общей светимости. Обработка собранных результатов показала, что каждая галактика тянет примерно на 10 миллионов солнечных масс.
Ценность этого результата выходит за рамки галактической астрономии. По современным представлениям, карликовые галактики могут формироваться только в сгустках темной материи, которые своим притяжением пленяют облака космического газа и заставляют их давать начало звездам и звездным скоплениям. При этом обычное вещество составляет не более долей процента массы карликовой галактики, все остальное приходится на темную материю.
Новые результаты дают основания предположить, что темная материя не формирует сгущений массой менее десяти миллионов масс Солнца. Если этот нижний предел и в самом деле существует, то он наверняка как-то связан со свойствами все еще не известных науке частиц, из которых она состоит. Так что результаты Луиса Стригари [Louis E. Strigari] и его коллег представляют немалый интерес для астрофизиков и космологов, которым очень важно разобраться, чем же на самом деле является темная материя.
