Недавно обнаруженный «Крест Эйнштейна» раскрывает существование гигантского гало темной материи

Согласно общей теории относительности Эйнштейна , свет преломляется вокруг объектов большой массы, таких как галактики. Это иногда вызывает явление, известное как гравитационное линзирование , которое усиливает, увеличивает и искажает свет от объектов, находящихся за ним.

В редких случаях гравитационная линза может даже расщепить проходящий через неё свет, заставив его проявиться несколько раз. Такое явление называется «крестом Эйнштейна» из-за формы, которую образуют эти расщеплённые повторения света.

Крест Эйнштейна G2237+0305, обнаруженный в сентябре 1990 года космическим телескопом «Хаббл».

ФОТО: NASA, ESA и STSCI

Недавно был обнаружен и описан в научной статье новый крест Эйнштейна. Открытие было сделано исследовательской группой, работающей на Большом миллиметровом/субмиллиметровом массиве Атакама (ALMA), космическом телескопе, расположенном на севере Чили, с использованием данных наблюдений ALMA и других телескопов. Свет креста исходит от HerS-3, галактики, расположенной на расстоянии 11,6 миллиардов световых лет от нас, а гравитационное линзирование создается четырьмя гигантскими галактиками, расположенными между HerS-3 и Землей. Эти гигантские галактики находятся на расстоянии около 7,8 миллиардов световых лет от нас.

Гравитационное линзирование не только расщепляет источник света, но и увеличивает его, позволяя детально рассмотреть источник света за линзой. Благодаря этому, по словам учёных, HerS-3, по-видимому, представляет собой яркую галактику со вспышкой звездообразования — галактику, переживающую взрывное звездообразование, — образовавшуюся в период пика звездообразования во всей Вселенной. Кроме того, по словам учёных, HerS-3 имеет наклонный вращающийся диск, из центра которого с бурной скоростью выбрасывается газ.

«Благодаря этому естественному телескопу мы можем увеличивать масштаб областей, которые в 10 раз меньше Млечного Пути, расположенных на расстоянии почти 12 миллиардов световых лет, и в ходе этого процесса делать выводы о наличии скрытой материи в видимом свете», — заявил в своем заявлении соавтор статьи Уго Месиас.

На первый взгляд, крест Эйнштейна в HerS-3, по-видимому, был создан исключительно гравитационным линзированием, создаваемым четырьмя гигантскими галактиками, расположенными между HerS-3 и Землёй. Однако, используя точную модель гравитационного линзирования, группа обнаружила, что наблюдаемой массы этих четырёх гигантских галактик недостаточно для объяснения расположения пяти изображений креста: их масса просто недостаточна для создания наблюдаемого визуального эффекта.

«Единственный способ воспроизвести наблюдаемую нами замечательную конфигурацию — это добавить невидимый, массивный компонент: гало темной материи в центре группы галактик», — сказал ведущий автор Пьер Кокс из Парижского института астрофизики.

Красноватый свет в квадратной рамке справа — увеличенная версия креста Эйнштейна от HerS-3. Яркие объекты (G1–G4) в левой рамке — это четыре гигантские галактики, создающие гравитационное линзирование. Жёлтая звёздочка (DM) указывает на расположение массивного гало тёмной материи в популяции галактик, включающей четыре гигантские галактики.

ФОТО: П. КОКС И АЛ. / ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / NOEMA.

Гало тёмной материи — это масса тёмной материи, самостоятельно сформировавшаяся под действием гравитации. Считается, что масса этого гало, влияющая на свет от HerS-3, в несколько триллионов раз превышает массу Солнца.

Тёмная материя — это вещество, которое, согласно теории, существует в космосе, но не может быть обнаружено в видимом свете. Считается, что оно составляет около 85% общей массы Вселенной. Исследовательская группа надеется, что крест Эйнштейна, образованный HerS-3, может стать уникальным инструментом для изучения влияния тёмной материи на формирование галактик в ранней Вселенной.

Эта история первоначально появилась на сайте WIRED Japan и была переведена с японского языка.