Всім відомо, що галактики - це величезні колекції зірок. Одна галактика може містити сотні мільярдів. Але є тип галактики, яка не має зірок. Правильно: нуль зірок.
Ці галактики називаються Галактиками Темних, або Темними Галактиками. І замість того, щоб складатися з зірок, вони складаються здебільшого з Темної матерії. Теорія передбачає, що в ореолі навколо "звичайних" галактик має бути багато цих карликових темних галактик, але знайти їх було складно.
Тепер, у новій статті, що надрукується в «Астрофізичному журналі», Яшар Хезаве з університету Стенфорда в Каліфорнії та його колега колег оголошують про відкриття одного такого об’єкта. Команда використовувала розширені можливості великого міліметрового масиву Atacamas для дослідження кільця Ейнштейна, названого таким чином, тому що теорія загальної відносності Ейнштейна передбачила це явище задовго до того, як його спостерігали.
Кільце Ейнштейна - це коли масивна сила тяжкого об’єкта спотворює світло від набагато віддаленішого об'єкта. Вони діють так само, як лінза в телескопі, або навіть пара окулярів. Маса скла в лінзі направляє надходить світло таким чином, що віддалені предмети збільшуються.
Кільця Ейнштейна та гравітаційне лінзування дозволяють астрономам вивчати надзвичайно віддалені об'єкти, дивлячись на них через лінзу гравітації. Але вони також дозволяють астрономам дізнатися більше про галактику, яка виступає в ролі лінзи, що і сталося в цьому випадку.
Якби на скляній лінзі були крихітні водяні плями, ці плями додавали б малюнку невелику кількість спотворень. Саме так і сталося в цьому випадку, крім мікроскопічних крапель води на лінзі, спотворення були спричинені крихітними карликовими галактиками, що складаються з Темної матерії. «Ми можемо знайти цих невидимих предметів так само, як ви побачите краплі дощу на вікні. Ви знаєте, що вони є там, тому що вони спотворюють зображення фонових об'єктів ", - пояснив Гезаве. Різниця полягає в тому, що вода спотворює світло заломленням, тоді як матерія спотворює світло гравітацією.
У міру того, як установа ALMA збільшувала свою роздільну здатність, астрономи вивчали різні астрономічні об'єкти, щоб перевірити його можливості. Одним із таких об'єктів був СДП81, гравітаційна лінза на наведеному вище зображенні. Під час огляду віддаленої галактики, яку орендував SDP81, вони виявили менші спотворення в кільці далекої галактики. Гезаве та його команда роблять висновок, що ці спотворення сигналізують про наявність карликової темної галактики.
Але чому це все має значення? Тому що існує проблема у Всесвіті або, принаймні, у нашому розумінні цього; проблема відсутньої маси.
Наше розуміння формування структури Всесвіту є досить твердим, принаймні в більш широких масштабах. Прогнози, засновані на цій моделі, узгоджуються із спостереженнями за космічним мікрохвильовим фоном (СМБ) та кластеризацією галактик. Але наше розуміння дещо руйнується, коли мова йде про менші масштабні структури Всесвіту.
Одним із прикладів нашого нерозуміння в цій галузі є те, що відомо як «Пропущена супутникова проблема». Теорія передбачає, що в ореолі темної матерії, що оточує галактики, має бути велика популяція так званих субгалологічних об'єктів. Ці об'єкти можуть варіюватися від об'єктів великого розміру, як магелланові хмари, аж до значно менших об'єктів. У спостереженнях локальної групи спостерігається виражений дефіцит цих об'єктів, що відповідає коефіцієнту 10, порівняно з теоретичними прогнозами.
Оскільки ми їх не знайшли, має відбутися одне з двох речей: або ми покращуємо їх пошук, або модифікуємо свою теорію. Але здається, що занадто рано змінювати наші теорії структури Всесвіту, тому що ми не знайшли те, що за своєю суттю важко знайти. Ось чому це оголошення є таким важливим.
Спостереження та ідентифікація однієї з цих карликових темних галактик повинні відкрити двері до іншого. Коли їх ще знайдемо, ми можемо почати будувати модель їх чисельності та розподілу. Отже, якщо в майбутньому знайдеться більше цих темних галактик-карликів, це поступово підтвердить наше надмірне розуміння формування та структури Всесвіту. І це означатиме, що ми на правильному шляху, коли йдеться про розуміння ролі Темної матерії у Всесвіті. Якщо ми не можемо їх знайти, і той, що пов'язаний з ореолом SDP81, виявляється аномалією, то теоретично він повертається до креслярської дошки.
Потрібно було багато кінських сил, щоб виявити карликову Темну Галактику, прив’язану до SDP81. Кільця Ейнштейна, такі як SDP81, повинні мати величезну масу для того, щоб справити ефект гравітаційного лінзування, в той час як карликові темні галактики порівняно невеликі. Це класична проблема «голка в копиці сіна», і Хезаве та його команді потрібна була велика обчислювальна потужність для аналізу даних з ALMA.
ALMA, і методологія, розроблена Hezaveh та його командою, сподіваємось, пролиє більше світла на карликові темні галактики в майбутньому. Команда вважає, що ALMA має великий потенціал для виявлення більшості цих ореолів, що, в свою чергу, повинно покращити наше розуміння структури Всесвіту. Як говориться у висновку своєї праці, "... спостереження ALMA мають потенціал значно покращити наше розуміння величини підструктури темної речовини".
