Загадочная тёмная материя, не испускающая света, играет ключевую роль в формировании звёздных скоплений и галактик, видимых нами в ночном небе. Являясь одним из основных компонентов мироздания, она ставит перед астрономами важный вопрос: однородна ли её структура, или же она состоит из отдельных сгустков? Ответ на этот вопрос мог бы пролить свет на природу тёмной материи. Поскольку прямое наблюдение тёмной материи невозможно, изучать её свойства приходится косвенно, наблюдая за гравитационным линзированием – искажением и отклонением света от далёких объектов под воздействием гравитации тёмного объекта.
Девон Пауэлл из Института астрофизики Общества Макса Планка, ведущий автор исследования, отметил сложность задачи поиска невидимых объектов, не излучающих свет. Вместо прямого наблюдения, ученые используют далёкие галактики как своего рода "подсветку", выявляя гравитационные следы тёмных объектов.
Команда использовала сеть телескопов по всему миру, включая телескоп Грин-Бэнк, решетку со сверхдлинной базой и Европейскую интерферометрическую сеть со сверхдлинной базой. Данные этой международной сети были скорректированы в Объединённом институте РСДБ ERIC в Нидерландах, что позволило создать супертелескоп размером с Землю, способный улавливать едва заметные сигналы гравитационного линзирования, создаваемые тёмным объектом.
Ученые обнаружили объект массой в миллион раз больше массы Солнца, находящийся на расстоянии около 10 миллиардов световых лет от Земли, в эпоху, когда возраст Вселенной составлял 6,5 миллиардов лет.
Это самый маленький объект, обнаруженный с помощью этой техники. Для достижения столь высокой чувствительности команде пришлось создать высокоточное изображение неба с помощью радиотелескопов, расположенных по всему миру.
Джон Маккин, руководивший сбором данных, подчеркнул, что уже на первом снимке высокого разрешения было замечено сужение гравитационной дуги, что указывало на обнаружение чего-то нового, вызванного небольшим скоплением массы между наблюдателями и далёкой радиогалактикой.
Для анализа полученных данных команде пришлось разработать новые алгоритмы моделирования, работающие только на суперкомпьютерах. Симона Веджетти отметила сложность задачи, заключающуюся в разработке новых численных подходов для моделирования огромных и сложных наборов данных.
Ученые предполагают, что каждая галактика, включая Млечный Путь, содержит сгустки тёмной материи, но их обнаружение требует серьезного анализа данных. Используя метод гравитационной визуализации, команда смогла "увидеть" невидимый сгусток тёмной материи, сопоставив его эффект гравитационного линзирования с радиоизлучающей дугой.
По словам Пауэлла, обнаружение объекта согласуется с теорией холодной тёмной материи, на которой основано значительная часть современных представлений о формировании галактик. Теперь задача состоит в поиске других подобных объектов и проверке соответствия их количества теоретическим моделям.
Команда продолжает анализировать данные и изучать другие участки неба в поисках подобных маломассивных тёмных объектов. Обнаружение новых объектов, лишенных звёзд, может привести к пересмотру существующих теорий тёмной материи.
Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.
Изображение: наложение инфракрасного излучения (чёрно-белого) на радиоизлучение (цветное). Источник: Keck/EVN/GBT/VLBA
