Во Вселенной больше темной материи, чем обычной материи, и все они обычно смешиваются в галактиках. В столкновении между гигантскими скоплениями галактик облака горячего газа в скоплениях сталкиваются с трением, проходя сквозь друг друга, отделяя их от звезд. Темная материя также не подвержена влиянию этого трения, поэтому астрономы смогли рассчитать влияние ее гравитации на обычную материю.
Темная материя и нормальная материя были разделены огромным столкновением двух больших скоплений галактик. Открытие с использованием рентгеновской обсерватории Чандра НАСА и других телескопов дает прямые доказательства существования темной материи.
«Это самое энергичное космическое событие, помимо Большого взрыва, о котором мы знаем», - сказал член команды Максим Маркевич из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс.
Эти наблюдения предоставляют самое убедительное доказательство того, что большая часть материи во вселенной темная. Несмотря на значительные доказательства темной материи, некоторые ученые предложили альтернативные теории гравитации, где она сильнее в межгалактических масштабах, чем предсказывали Ньютон и Эйнштейн, устраняя необходимость в темной материи. Однако такие теории не могут объяснить наблюдаемые эффекты этого столкновения.
«Вселенная, в которой преобладают темные вещи, кажется нелепой, поэтому мы хотели проверить, были ли в нашем мышлении какие-то основные недостатки», - сказал Дуг Клоу из Университета Аризоны в Тусоне, руководитель исследования. «Эти результаты являются прямым доказательством существования темной материи».
В скоплениях галактик нормальная материя, подобно атомам, составляющим звезды, планеты и все на Земле, находится в основном в форме горячего газа и звезд. Масса горячего газа между галактиками намного больше, чем масса звезд во всех галактиках. Эта нормальная материя связана в скоплении под действием силы тяжести темной материи. Без темной материи, которая невидима и может быть обнаружена только через ее гравитацию, быстро движущиеся галактики и горячий газ быстро разлетелись бы на части.
Группе было предоставлено более 100 часов на телескопе Чандра для наблюдения скопления галактик 1E0657-56. Кластер также известен как кластер пуль, потому что он содержит эффектное облако пули в форме газа в сто миллионов градусов. Рентгеновское изображение показывает, что форма пули происходит из-за ветра, вызванного быстрым столкновением меньшего скопления с большим.
В дополнение к наблюдению Чандры космический телескоп Хаббла, очень большой телескоп Европейской южной обсерватории и оптические телескопы Магеллана использовались для определения местоположения массы в скоплениях. Это было сделано путем измерения эффекта гравитационного линзирования, когда гравитация от скоплений искажает свет от фоновых галактик, как это предсказывает теория общей теории относительности Эйнштейна.
Горячий газ в этом столкновении был замедлен силой сопротивления, подобной сопротивлению воздуха. Напротив, темная материя не была замедлена ударом, потому что она не взаимодействует непосредственно с самим собой или с газом, кроме как через гравитацию. Это привело к разделению темной и нормальной материи, видимой в данных. Если бы горячий газ был самым массивным компонентом в кластерах, как предложено альтернативными теориями гравитации, такого разделения не было бы замечено. Вместо этого требуется темная материя.
«Это тот тип результата, который будущие теории должны принимать во внимание», - сказал Шон Кэрролл, космолог из Чикагского университета, который не участвовал в исследовании. «По мере нашего продвижения вперед, чтобы понять истинную природу темной материи, этот новый результат будет невозможно игнорировать».
Этот результат также дает ученым больше уверенности в том, что ньютоновская гравитация, знакомая на Земле и в Солнечной системе, также работает в огромных масштабах скоплений галактик.
«Мы закрыли эту лазейку о гравитации, и мы как никогда приблизились к тому, чтобы увидеть это невидимое вещество», - сказал Клоу.
Эти результаты публикуются в следующем выпуске The Astrophysical Journal Letters. Центр космических полетов имени Маршалла при НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, управляет программой «Чандра» для Управления научной миссии агентства. Смитсоновская астрофизическая обсерватория контролирует научные и летные операции из рентгеновского центра Чандра, Кембридж, штат Массачусетс.
Первоначальный источник: пресс-релиз Чандра
