Фото: НАСА
Около 85% вещества во Вселенной находится в форме темной материи, природа которой остается загадкой, а остальное - в виде атомов. Темная материя обладает гравитацией, но в остальном не взаимодействует с нормальной материей и не излучает свет. Астрономы, изучающие эволюцию галактик, обнаружили, что темная материя, тем не менее, доминирует над образованием крупномасштабных структур Вселенной, таких как скопления галактик.
Модель распределения темной материи во Вселенной 13.6 миллиардов лет назад.
Несмотря на то, темную материю невозможно непосредственно наблюдать, её можно отследить путем моделирования наблюдений за распределением галактик в различных масштабах. Галактики обычно находятся в центрах обширных скоплений темной материи, называемых гало. Если гало темной материи расположено перед взором наблюдателя на удаленную галактику, то наблюдатель видит искривленную форму галактики, причем по этому искривлению можно судить о распределении темной материи. Этот эффект называется «Гравитационное линзирование». «Слабое линзирование» приводит к небольшой деформации видимой формы удаленной галактики, а «сильная линза» создает сильно искаженную, увеличенную форму.
Комбинированное изображение телескопа Хаббл, отображающее призрачное кольцо темной материи в скоплении галактик Cl 0024+17.
В последнее десятилетие наблюдения и гидродинамическое моделирование значительно способствовали нашему пониманию того, как развиваются массивные галактики, и в настоящее время предпочтение отдается двухфазному сценарию. На первом этапе массивные ядра современных галактик образуются в космологическое время от гравитационного коллапса вещества в галактику вместе с окружающим их гало темной материи. Звездообразование тогда увеличивает звездную массу галактики. Однако самые массивные галактики имеют вторую фазу, в которой они захватывают звезды из внешних областей других галактик, и как только их собственное звездообразование спадает, эта фаза доминирует над первой. Компьютерные модели и некоторые результаты наблюдений подтверждают этот сценарий.
Астрономы изучили около 3200 галактик, звездные массы которых больше, чем у Млечного Пути (примерно четыреста миллиардов солнечных масс). Используя анализ гравитационных линз, они обнаружили, что информация об истории массивных гало темной материи закодирована в звездных распределениях масс массивных центральных галактик. Среди других выводов, ученые видят, что для галактики той же массы, но которые имеют более протяженные формы, как правило, имеют более массивные гало темной материи. Результаты открывают новое окно для изучения того, как массивные галактики формируются и эволюционируют за космическое время.