Темная материя - одна из величайших загадок астрофизики. Если составляющие ее частицы действительно существуют, они должны позволить нам понять происхождение галактик. Но их природа остается загадкой.
Междисциплинарной команде недавно удалось создать карту распределения темной материи в определенной области, показав с поразительной степенью уровень детализации и ее устройство.
Наш мир состоит из видимой материи, с которой мы взаимодействуем каждый день: от наших домов до еды, от гвоздя в стене до МКС в космосе. Так называемая барионная материя образует тело реальности, в которой мы живем. Однако это только верхушка айсберга: пять крошечных процентов всего, что нас окружает.
Вселенная действительно будет состоять более чем на 95% из двух загадочных ингредиентов: темной материи и энергии. Не заблуждайтесь: прилагательное «черный» обозначает не столько их цвет, сколько неуловимый характер двух сущностей, которые до сих пор и всегда ускользают от измерительных приборов исследователей.
Комбинированное изображение телескопа Хаббл, отображающее призрачное кольцо темной материи в скоплении галактик Cl 0024+17.
Согласно нашим текущим теоретическим моделям, темная материя составляет 85% всей материи во Вселенной и 27% общей плотности энергии. Подобно мужчине-невидимке, она не взаимодействует со светом, поэтому за ней невозможно наблюдать напрямую. Но все же можно изучить следы ее влияния на барионную материю. Теперь мы знаем, что темная материя холодная и собирается в пакеты, связанные тонкими нитями (тонкими в масштабе Вселенной). Мы также знаем, что она часто выглядит как ореол вокруг галактик и отвечает за большую часть их массы.
Самые большие ореолы охватывают целые скопления галактик и светятся так ярко, что их обнаружение - детская игра. Благодаря компьютерному моделированию исследователям постепенно удалось нарисовать контуры распределения темной материи в космосе. Однако более мелкие ореолы остаются практически невидимыми для исследователей. Они слишком малы, чтобы вместить зародыш звезды или галактики. Они также часто лишены малейшего проблеска и поэтому не поддаются обнаружению. К счастью, для их обнаружения можно было использовать другой метод.
Модель распределения темной материи во Вселенной 13.6 миллиардов лет назад.
Некоторые теории предполагают, что столкновение между частицами темной материи и античастицами той же природы является причиной интенсивных всплесков гамма-излучения. Это мощное излучение позволило бы идентифицировать даже самые незаметные ореолы.
«Большая часть этого излучения будет испускаться ореолами темной материи, слишком маленькими, чтобы содержать звезды, и будущие гамма-обсерватории смогут обнаруживать эти излучения, делая такие небольшие объекты видимыми по отдельности или вместе», - объясняет Карлос Френк, профессор фундаментальной физики в Даремский университет и соавтор исследования. «Это подтвердило бы гипотетическую природу темной материи, которая в конце концов не была бы такой темной».
Междисциплинарная группа использовала европейские и китайские суперкомпьютеры для увеличения глубины невидимой темной материи. В их работах видны поразительные структуры, прямо из мечты Гейгера или Бексинского: призрачные нити, перемешанные темными точками (ореолами), которые создают впечатление погружения в кровеносную систему инопланетянина. Благодаря этому новому методу обнаружения и визуализации исследователи надеются постепенно приоткрыть завесу над этой странной субстанцией и над материальной природой нашей реальности.