Pro темную материю

Различают сильное и слабое гравитационное линзирование. Главная ценность любого линзирования состоит в том, что оно позволяет собрать данные не только и не столько о наблюдаемом объекте, изображение которого искажается линзой, сколько о самой «линзе», ее свойствах и параметрах. При слабом линза только искажает форму и видимые положения удаленных объектов. При сильном линзировании влияние линзы настолько велико, что изображение наблюдаемого объекта расщепляется на несколько изображений, они образуют кольца, дуги и другие более сложные фигуры. Имея изображение, полученное в результате сильного линзирования, можно восстановить массу центральной части «линзы», а следовательно, если в качестве линзы используется скопление галактик, мы получим массу центральной части скопления. По слабому линзированию мы можем с определенной степенью достоверности оценить форму (вытянутость) удаленных источников, линзируемых скоплением галактик, и из этого получить пространственное распределение массы «линзы». Результаты оценки массы линзирующих галактик и их скоплений сами по себе представляют интерес для внегалактической астрономии, но самое главное – это возможность использовать полученные результаты для решения проблемы темной материи.

На гравитационные линзы возлагаются большие надежды. Несмотря на все свое оптическое несовершенство даже в сравнении с линзами обычных очков они позволяют «увидеть» невидимое – вещество, не излучающее ни в одном из оптических диапазонов. Но оно, к счастью для нас, отклоняет лучи света, приходящие от более удаленных объектов, расщепляя и искажая их изображения.

Современные ученые наблюдают взаимодействующие или, правильнее будет сказать, сталкивающиеся скопления галактик. Потом находятся гидродинамические аналогии, описывающие столкновения конечных объемов жидкости или газа. Это могут быть брызги, возникающие при падении капель в чашку с водой, разбегание кругов по поверхности воды. В космосе происходит что-то похожее. Результат (естественно, после соответствующей обработки изображений) можно увидеть воочию.

Кольцевую форму называют «кольцом Эйнштейна». Механизм формирования такой же, как и у колец на поверхности воды: взаимодействие двух массивов частиц. Однако его природа совсем иная: его частицы – это частицы темной материи.

Участники проекта Обзора Эволюции Космоса 2006 года регистрировали не отдельные события, когда одни объекты проходили перед другими, а постоянные «отношения» между ними, которые, с точки зрения целей наблюдателей, можно было считать стационарными относительно друг друга, – речь шла о галактиках и скоплениях галактик. Свет от объекта на переднем плане говорил астрономам, сколько там кажущейся массы. А эффект гравитационного линзирования объекта на заднем плане показывал, сколько реальной массы на переднем плане. Разница между двумя показателями – и есть темная материя.

Карта, составленная участниками проекта, была трехмерной: она показывала и глубину. Это как если сравнивать карту, показывающую дороги, с картой, на которой построены горы и равнины, которые эти дороги пересекают. А поскольку смотреть дальше в космос означает смотреть в более далекое прошлое, карта участников проекта также показала и «как горы с долинами» оказались там где оказались – то есть как эволюционировала темная материя. Члены команды стали называть свой подход «космопалеонтологией». Получилось, что темная материя вначале коллапсировала, то есть схлопнулась, а потом те центры, в которых произошло схлопывание, выросли в галактики и скопления галактик. Этот образ опять получился соответствующим версии холодной темной материи.

Пожалуй, самое известное непрямое доказательство существования темной материи было получено тоже в 2006 году Дугласом Клоуи, который тогда работал в университете Аризоны и занимался так называемым «скоплением Пули». Весь мир облетела фотография столкновения двух скоплений галактик, которые вместе и получили название «скопление Пули».

Это словосочетание стало синонимом темной материи. Скопление находится на расстоянии 3,4 млрд световых лет от Земли. Кроме вещества видимых галактик на фотографии видны два облака газа, ярко излучающих в рентгеновских лучах. Как известно, темная материя не видна при прямых наблюдениях, карты ее распределения были составлены на основе регистрации далеких галактик с использованием гравитационного линзирования. Клоуи наблюдал столкновение рентгеновских лучей и использовал гравитационное линзирование, а потом отделил видимый газ от невидимой массы. Наблюдаемый в рентгеновских лучах газ от обоих скоплений собирался в центре столкновения, где атомы вели себя так, как обычно ведут атомы – привлекали друг друга. Тем временем темная материя, как казалось, собиралась по обеим сторонам от точки столкновения. Если провести земную аналогию, можно сказать, что произошло крушение поездов после столкновения, а несколько вагонов с темной материей из обоих поездов неслись, подобно призракам, прямо сквозь то, что осталось.