Съставиха карта на тъмната материя, космолозите чакат изненади

Тъмната материя във Вселената е почти пет пъти повече от обикновената. Но досега никой не я е наблюдавал пряко и дори не е известно от какви частици се състои тя и състои ли се въобще от частици.

И все пак присъствието на тази субстанция може да се открие по гравитационното изкривяване на пространство-времето, което тя предизвиква.

Когато учените наблюдават далечни галактики и видят изкривения им образ, то разбират, че си имат работа с гравитационна леща – масивен обект, изкривяващ със своето гравитационно поле светлината, идваща към Земята. Такива обекти може да са и концентрации на тъмна материя.

Обикновено по ефекта на гравитационното микролинзиране космолозите са изучавали разпределението на тъмната материя в отделни галактики. Сега изследователите са увеличили мащаба на своите наблюдения и са съставили карта на разпределянето на тази неуловима субстанция на огромен участък от обозримия космос с диаметър няколкостотин милиона светлинни години.

Като използвали 570-мегапикселовата камера на телескопа „Виктор Бланко“ в Междуамериканската обсерватория Серо Тололо в Чили, учените заснели около два милиона галактики на южното небе (от гледна точка на наблюдател от Земята ширината на наблюдавания участък е равна на около 700 слънца).

Астрономите определили с точност изкривяването на светлината, идващо от най-далечните галактики, и съставили най-подробната карта на разпределянето на тъмна материя на този участък от звездното небе.

Картата на разпределението на тъмната материя обхваща стотици милиони светлинни години.

Водещият автор на изследването д-р Чихуай Чан и колегите ѝ от Швейцарския федерален технологичен институт са представили резултатите на заседание на Американското физично общество. Статията на учените е публикувана в сп. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

„Нашите наблюдения прекрасно се съгласуват с основните модели на космологията, които предполагат, че тъмната материя се явява основна движеща сила във формирането на мащабните космически структури. Ние установихме както гигантски празнини, обозначени на схемите със син цвят, така и свръхкупове от тъмна материя, изобразени с червено. Следващите изследвания ще помогнат да се определи доколко вярно сме запечатали всичко“, разказва д-р Чан.

Изследването се провежда в рамките на мащабния проект Dark Energy Survey (DES), който стартира през септември 2013 г. Крайната цел на инициативата е изучаването и картографирането на тъмната енергия – тайнствена сила, отговорна за ускореното разширение на Вселената, а също получените сведения, които позволяват да се разбере повече за тъмната енергия.

Засега работата на д-р Чан е позволила да се изучат едва 3% от планирания за изследване участък. Астрономите се надяват да предоставят крайните данни през 2018 година и засега всичко върви по план.

Картографиране на невидимото

„Нашата цел през цялото това време беше преодоляване на невидимата бариера, която скрива тъмната материя“, казва Сара Бридъл, професор по астрофизика в Манчестърския университет и съпредседател на групата DES.

Проектът е започнал преди две години и ще продължи още три. Предварителната карта е получена с използването на първите пробни изображения на новата камера.

„За обработката на всички тези данни и техния анализ се изисква доста време. Готвим се въз основа на новите данни да получим карта, която 30 пъти ще намине по размер сегашната“, казва проф. Бридъл.

Но и предварителната карта е голямо постижение в космологията. Тя се явява най-голямата сводна карта на разпределянето на тъмната материя във Вселената. По-ранната серия от четири изображения обхваща по-широк участък от небето, но тези изображения били разпокъсани и не съдържали цялата информация, която дава картата на DES.

Противоречие с Айнщайн

По-големи изненади може да донесе постигането на крайната цел на проекта – разбирането на природата на тъмната енергия.

Когато бъде получена относително пълна картина на разпределението на тъмната материя във Вселената, учените ще могат да измерят с каква скорост протича относителното изместване на тези маси тъмна материя.

Разширението на Вселената протича с постоянно ускорение (константа на Хъбъл), а тъмната енергия според много изследователи е причината за това разширение.

„Скоростта на сгъстяване на тъмната материя ни говори колко бързо се разтегля Вселената“, пояснява проф. Бридъл.

Сравнявайки степента на сближаване на тези маси тъмна материя в различните етапи от развитието на Вселената въз основа на анализ на изображения на астрономически обекти, отдалечени на различни разстояния от нас, космолозите могат да оценят скоростта и динамиката на това разширение. А това на свой ред може да даде отговор за природата на тъмната енергия.

Топлите цветове на картата съответстват на голям брой галактики, а празнините между тях са отбелязани със синьо.

В крайна сметка тези данни могат да дадат точно измерване на параметрите на тази загадъчна сила. Или могат да бъдат получени съвсем неочаквани резултати, както казва Сара Бридъл.

„Възможно е тези данни да ни демонстрират, че теорията за съществуване на тъмната енергия не подхожда за обяснение на картината на Вселената и че в действителност дори общата теория на относителността не е подходяща за това“, казва тя, цитирана от ВВС.

По думите ѝ общата теория на относителността на Айнщайн не обяснява изцяло механизма на съществуване на тъмна енергия, но космолозите не разполагат с друга теория.

Проектът DES може да преобърне изцяло представите им за Вселената.

„Смятаме, че ще открием нещо странно“, отбелязва проф. Бридъл.