Из чего состоит Вселенная? Не беспокойтесь, если у вас нет подсказки, астрономы тоже не знают. Джеймс Джи из Университета Джонса Хопкинса использовал космический телескоп Хаббла для создания подробной карты концентраций темной материи вокруг двух галактик. А астрономы только что получили новые подсказки.
Послушайте интервью: Dark Matter Maps (5 МБ)
Или подписаться на подкаст: Подписаться
Фрейзер Каин: Мы довольно часто слышали термин «темная материя». Можете ли вы дать нам текущее понимание того, что такое темная материя?
Д-р Джеймс Джи: Прежде чем говорить о темной материи, я должен упомянуть, что астрономы теперь верят, как Вселенная вошла в то, чем она является сегодня. Мы считаем, что 30% Вселенной - это материя, а остальные 70% - темная энергия, а темная материя составляет более 90% вещества во Вселенной. Никто не обнаружил темную материю в лабораториях, поэтому они не знают ее формы, цвета или запаха, но есть свидетельства того, что она есть. Мы можем обнаружить это с помощью так называемого гравитационного линзирования.
Фрейзер: Итак, вы недавно провели исследование с использованием космического телескопа Хаббла, чтобы составить карту концентрации темной материи. Каков был процесс, чтобы сделать это?
Д-р Джи. Темная материя, как я уже сказал, составляет 90% материи во Вселенной, и лучшее место для поиска темной материи - это то, где ее больше всего. Таким образом, мы указали космическому телескопу Хаббла на два наиболее интересных скопления галактик, которые сформировались, когда Вселенная достигла половины своего нынешнего возраста.
Фрейзер: А что ты видел?
Доктор Джи: Мы изучили спектральное распределение фоновых галактик. Изучив искажения этих фоновых галактик, мы смогли определить плотность темной материи на переднем плане.
Фрейзер: Дай мне посмотреть, правильно ли я это понимаю. Вы смотрели на далекие галактики, и, видя, как свет менялся по мере приближения к нам, вы могли обнаружить, где были скрытые скопления вещества, которые гравитационно воздействовали на него.
Доктор Джи: Точно. Может быть, это хорошая аналогия. Предположим, что вы читаете новостную статью с помощью увеличительного стекла, вы можете определить мощность или толщину линз, изучив, насколько буквы выглядят крупнее через увеличительное стекло. Точно так же, если вы посмотрите на искажение или увеличение фоновых галактик, вы можете определить плотность неуловимой темной материи на переднем плане.
Фрейзер: Итак, какова связь между темной материей и галактиками, которые мы можем видеть?
Доктор Джи: Это доминирующее вещество во Вселенной, и оно имеет гравитацию. Без темной материи очень трудно сформировать галактики с крупномасштабными структурами, которые мы видим в современной Вселенной. Таким образом, темная материя помогает формированию галактик в крупномасштабной структуре.
Фрейзер: Возможно ли, что там, где сгущается темная материя, мы можем видеть галактики?
Д-р Джи: Да, это в основном то, что мы нашли в наших исследованиях. Люди предположили, что темная материя - это частицы без столкновений, и темная материя и нормальная материя должны существовать вместе. Но никто не смог определить это очень четко, потому что темная материя не излучает электромагнитных волн. Используя Хаббл, мы обнаружили, что светящиеся галактики образуются в самых плотных областях гало темной материи.
Фрейзер: Если мы знаем, что этот вид сгущения происходит - кажется, что эти две вещи идут рука об руку - позволяет ли это вам отбросить какие-либо существующие теории о том, чем может быть эта темная материя?
Доктор Джи: Да, это дает нам много подсказок. Большинство людей считают, что темная материя не имеет столкновений, но некоторые предполагают, что они могут обладать некоторыми свойствами столкновения, такими как газообразный водород. То, как темная материя собирается вместе, дает нам подсказки о том, что такое темная материя. Предположим, что темная материя обладает свойствами столкновения, подобно атому водорода, тогда они очень часто сталкиваются друг с другом, и мы увидим очень плавное распределение гало темной материи. Но мы обнаружили, что эти структуры очень комковаты, как масса самой галактики. Это указывает на то, что частицы темной материи, если таковые имеются, будут бесстолкновительными частицами, как говорят большинство теорий в современной астрономии.
Фрейзер: О, я вижу, реальные частицы, которые могут вызывать эту темную материю, либо настолько малы, либо настолько слабо взаимодействуют, что даже не слипаются друг с другом. И если бы они увязли вместе, вы бы увидели более равномерное распределение. Итак, основываясь на полученных результатах, каким будет следующий этап вашего исследования?
Доктор Джи: Программа Advanced Camera for Surveys охватывает более 15 галактических кластеров, которые очень и очень интересны. Это только первые два результата. Мы считаем, что если мы завершим наши 15 галактических кластеров для обзора, то у нас будет более четкая картина того, как темная материя и нормальная материя взаимодействуют, возможно, под действием силы тяжести. И у нас может быть более ясное представление о том, как темная материя способствует формированию крупномасштабной структуры Вселенной.
Фрейзер: И на основании проведенного вами исследования, есть ли у вас теория о том, какой может быть темная материя?
Д-р Джи: Хорошо, если вы зайдете на сайт Astro-ph, это тот сайт, на который люди загружают свои различные исследовательские работы, и каждый день их бывает около 10 или 15. И есть много предположений об этом, которые очень привлекательны и правдоподобны. Но я думаю, что на природу темной материи можно будет ответить через 10 или 15 лет, но мы все еще ищем. Наше исследование дает беспрецедентное разрешение темной материи, которая может различать столкновительные и бесстолкновительные частицы.
Фрейзер: И есть ли другие инструменты, кроме Хаббла, которые могут выполнять эту работу?
Доктор Джи: Мы можем сделать гравитационное линзирование, используя наземные телескопы. Фактически именно в 1990 году люди впервые обнаружили темную материю с помощью гравитационного линзирования. Но когда вы выполняете гравитационное линзирование с помощью наземного телескопа, разрешение очень плохое. Другими словами, атмосферная турбулентность размазывает гравитационные линзы, поэтому мы не можем видеть очень темное изображение темной материи. Но если мы используем телескоп в космосе, то он не размывает форму фонового изображения, поэтому вы сохраняете сигнал гравитационного линзирования. Мы можем получить очень высокое разрешение изображения распределения темной материи.
Фрейзер: А более крупный инструмент даст вам лучшую картину.
Доктор Джи: Определенно. Следующий телескоп JWST (космический телескоп Джеймса Вебба) будет эффективно увеличивать разрешение значимости темной материи в 10 и более раз.
Фрейзер. Как вы думаете, вы увидели бы что-нибудь значительно другое с разрешением 10x?
Д-р Джи: Глобальная форма распределения темной материи не сильно изменится, но в этом случае мы сможем сравнить структуру темной материи относительно галактик. В этом случае мы можем ответить на вопрос, обладают ли частицы темной материи какими-либо столкновительными свойствами. В начале я сказал, что то, что я нашел, согласуется с гипотезой о бесстолкновениях. Но были некоторые предположения, что частицы темной материи могут обладать некоторыми очень маленькими столкновительными свойствами. Таким образом, мы могли бы определить смещение между темной материей и галактикой. Это дает вам множество возможных ограничений на сечения столкновений между частицами нормальной и темной материи.
Об этом исследовании сообщалось в журнале «Космос» 13 декабря 2005 года.
