Астрономы обнаружили карликовую галактику из тёмной материи на известном снимке

Составное изображение гравитационной линзы SDP.81 показывает искаженное изображение более далёкой галактики (красные дуги) и ближней галактики-линзы (синий объект в центре). Тёмная карликовая галактика обозначена белой точкой

(иллюстрация Y. Hezaveh, Stanford University / ALMA (NRAO/ESO/NAOJ) / NASA/ESA Hubble Space Telescope).

В 2015 году мы писали об удивительном изображении галактики SDP.81 в виде колец Эйнштейна, полученном с помощью массива телескопов ALMA.

По сути, это был снимок двух галактик, которые расположены одна перед другой. В такой ситуации та, что ближе к Земле, выступает в качестве гравитационной линзы и искривляет своим гравитационным полем направление распространения света от расположенной за ней дальней галактики.

Этот эффект, предсказанный Альбертом Эйнштейном в общей теории относительности, позволяет изучать космические объекты, расположенные слишком далеко для прямого наблюдения. В этом случае объект как будто приближается к наблюдателю, а его свет усиливается, и чувствительности современных телескопов становится достаточно для их изучения. Кроме того, по характеру искажения света, можно собрать много информации о ближней к Земле галактике.

В новом исследовании команда под руководством Яшара Хезавеха (Yashar Hezaveh) из Стэнфордского университета провела детальный анализ известного снимка SDP.81 и обнаружила рядом с галактикой-линзой незамеченные ранее следы ещё одного объекта, содержащего большое количество тёмной материи.

"Мы находим эти невидимые объекты таким же образом, как вы можете увидеть капли дождя на окне. Вы знаете, что они там есть, потому что они искажают фоновое изображение", – объясняет Хезавех в пресс-релизе Обсерватории ALMA. Но если в каплях преобразование вызвано рефракцией света, в данном случае искажения создаёт гравитационное воздействие тёмной материи, которая не поддаётся оптическому наблюдению, но имеет массу.

Астрономы сразу обратили внимание, что на кольцевом изображении далёкой галактики присутствуют небольшие аномалии. Но чтобы понять, чем вызваны эти помехи, понадобилось провести серию сложных вычислений.

Для анализа учёные задействовали сеть из тысячи компьютеров, включая один из самых мощных суперкомпьютеров в мире – Blue Waters. На протяжении нескольких недель машины искали и обсчитывали любые аномалии на всех частотах собранных радиоданных.

В результате учёные составили беспрецедентную по своей чёткости картину ближней галактики-линзы, рядом с которой обнаружили необычный спутник.

Эта карликовая галактика излучает очень мало света в видимом диапазоне, но по силе её гравитационного воздействия удалось определить, что её масса составляет около одной тысячной массы Млечного Пути, а преобладающим компонентом является тёмная материя.

 

Согласно теории, многие галактики должны быть окружены карликовыми галактиками-спутниками, но до сих пор их очень редко удаётся обнаружить с помощью телескопов. Например, рядом с нашей галактикой найдено лишь около сорока подобных объектов, хотя модели показывают, что их количество должно измеряться тысячами.

"Такое расхождение между моделями и реальным наблюдением галактик-спутников было одной из основных проблем в космологии в течение почти двух десятилетий, и некоторые исследователи даже называли это кризисом, – говорит член команды Нил Далаль (Neal Dalal) из Университета Иллинойса. – Но если в этих карликовых объектах преобладает тёмная материя, становятся понятными причины этого расхождения, и появляется новое понимание истинной природы тёмной материи".

Результаты исследования, опубликованные в журнале Astrophysical Journal, намекают, что внимательное изучение других известных гравитационных линз поможет найти больше карликовых галактик с высокой концентрацией тёмной материи. Это в свою очередь позволит приблизиться к пониманию свойств этой загадочной субстанции, которая составляет около 85% от массы Вселенной.