З чого складається Всесвіт? Не хвилюйтеся, якщо у вас немає підказки, астрономи також не мають. Джеймс Дже з університету Джона Хопкінса використовував космічний телескоп Хаббл для створення детальної карти концентрацій темної речовини навколо двох галактик. А астрономи просто отримали нові підказки.
Слухайте інтерв'ю: Карти темної матерії (5 Мб)
Або підписатися на Podcast: Підписатися
Фрейзер Каїн: Ми дуже чули термін темна матерія. Чи можете ви дати нам сучасне розуміння того, що таке темна речовина?
Доктор Джеймс Джеї: Перш ніж говорити про темну матерію, я повинен згадати те, що астрономи зараз вірять, як Всесвіт увійшов у те, що є сьогодні. Ми вважаємо, що 30% Всесвіту - це матерія, а інші 70% - це темна енергія, а темна речовина становить понад 90% речовини у Всесвіті. У лабораторіях ніхто не виявив темну речовину, тож вони не знають її форми, кольору чи запаху, але є свідчення того, що вона там є. Ми можемо виявити це за допомогою так званого гравітаційного лінзування.
Фрейзер: Отже, ви нещодавно провели опитування за допомогою космічного телескопа Хаббла, щоб відобразити концентрацію темної речовини. Який процес це було зробити?
Доктор Дже: Темна матерія містить, як я вже сказав, 90% речовини у Всесвіті, і найкраще місце для пошуку темної матерії - це те, де вона найбільше рясніє. Тому ми вказали на космічний телескоп Хаббла на два найцікавіші кластери галактики, що утворюються, коли Всесвіт була вдвічі меншою від його теперішнього віку.
Фрейзер: А що ти бачив?
Доктор Дже: Ми вивчали спектральний розподіл фонових галактик. Вивчаючи спотворення цих фонових галактик, ми змогли визначити щільність темної речовини на передньому плані.
Фрейзер: Дозвольте мені побачити, чи я правильно це розумію. Ви дивилися в далекі галактики, і, побачивши, як змінюється світло, коли воно наближалося до нас, ви змогли виявити, де були приховані грудки речовини, що гравітаційно впливають на нього.
Доктор Дже: Точно так. Можливо, це хороша аналогія. Припустимо, що ви читаєте новинну статтю за допомогою лупи, ви можете зробити висновок про потужність або товщину лінз, вивчивши, наскільки літери виглядають більшими через збільшувальне скло. Аналогічно, якщо дивитися на спотворення або збільшення фонових галактик, ви можете визначити щільність невловимої темної речовини на передньому плані.
Фрейзер: Отже, який же взаємозв'язок між темною речовиною і галактиками ми бачимо?
Доктор Дже: Це домінуюча речовина у Всесвіті, і вона має гравітацію. Без темної матерії дуже важко сформувати галактики з масштабними структурами, які ми бачимо в сьогоднішньому Всесвіті. Тож безперечно, темна речовина допомагає утворенню галактик у великомасштабній структурі.
Фрейзер: Чи можливо тоді, коли колись темна матерія скупчується, саме там ми, швидше за все, бачимо галактики?
Доктор Дже: Так, це в основному те, що ми виявили в своєму дослідженні. Люди припускали, що темна речовина - це частинки, що не стикаються, а темна матерія і нормальна матерія повинні існувати разом. Але ніхто не зміг це визначити дуже чітко, оскільки темна речовина не випромінює жодних електромагнітних хвиль. Що ми знайшли за допомогою Хаббла, це те, що світиться галактики утворюються в найгустіших областях ореолів темної матерії.
Фрейзер: Якщо ми знаємо, що подібне скупчення відбувається - вони, здається, йдуть рука об руку - чи дозволяє це викинути будь-які існуючі теорії щодо того, якою може бути ця темна матерія?
Доктор Дже: Так, це дає нам багато підказки. Більшість людей вважає, що темна речовина не має колізій, але деякі припускають, що вони можуть мати деякі колізійні властивості, як водень. Те, як згуртовується темна речовина разом, дає нам підказки про те, що таке темна матерія. Припустимо, темна речовина має властивості зіткнення, як атом водню, тоді вони стикаються між собою дуже часто, і ми побачимо дуже плавне розподілення ореолу темної речовини. Але ми виявили, що ці структури дуже незграбні, як маса самої галактики. Це вказує на те, що частинки темної матерії, якщо вони є, будуть частинками без зіткнень, як говориться в більшості теорій сьогоднішньої астрономії.
Фрейзер: О, я бачу, тому фактичні частинки, які могли б спричинити цю темну речовину, або настільки малі, або настільки слабо взаємодіючі, що вони навіть не збиваються разом. І якби вони пробували разом, ви насправді побачили б рівномірніший спрей розповсюдження. Тож виходячи з отриманих нами висновків, що буде наступним етапом вашого дослідження?
Доктор Дже: Програма «Розширена камера для опитування» охоплює понад 15 кластерів галактики, які дуже цікаві. Це лише перші два результати. Ми вважаємо, що якщо ми виконаємо 15 кластерів галактики для опитування, то ми матимемо більш чітке уявлення про взаємодію темної та нормальної матерії, можливо, гравітацією разом. І ми можемо мати більш чітке уявлення про те, як темна речовина сприяє формуванню масштабної структури Всесвіту.
Фрейзер: І виходячи з досліджень, які ви проводили до цього часу, чи маєте ви теорію домашніх тварин, якою може бути темна речовина?
Доктор Дже: Ну, якщо ви переходите на веб-сайт Astro-ph, це веб-сайт, на який люди завантажують різні наукові роботи, і щодня є 10 або 15 робіт. І існує багато припущень щодо цього, які є дуже привабливими та правдоподібними. Але я думаю, що природа темної матерії може відповісти через 10 чи 15 років, але ми все ще шукаємо. Наше дослідження дає безпрецедентну роздільну здатність темної матерії, що дозволяє розмежовувати між зіткненнями і без зіткнення частинок.
Фрейзер: А чи є інші інструменти, крім Хаббла, які можуть зробити цю роботу?
Доктор Дже: Ми можемо зробити гравітаційне лінзування за допомогою наземних телескопів. Насправді саме в 1990 році люди вперше виявили темну речовину за допомогою гравітаційного лінзування. Але коли ви робите гравітаційне лінзування за допомогою наземного телескопа, дозвіл настільки поганий. Іншими словами, атмосферна турбулентність розмаже гравітаційне лінзування, тому ми не можемо побачити зображення дуже темної речовини дуже якісного. Але якщо ми використовуємо телескоп у космосі, він не розмиває форму фонового зображення, щоб ви зберегли сигнал гравітаційного об’єктива. Ми можемо створити зображення з високою роздільною здатністю розподілу темної речовини.
Фрейзер: І більший інструмент дасть вам кращу картину.
Доктор Дже: Безумовно. Наступний телескоп - JWST (космічний телескоп Джеймса Вебба), ефективно збільшить роздільну здатність темної матерії в 10 і більше разів.
Фрейзер. Як ви думаєте, ви бачили щось значно інше з роздільною здатністю 10 разів?
Доктор Дже: Світова форма розподілу темної матерії не дуже зміниться, але в цьому випадку ми можемо порівняти структуру темної матерії по відношенню до галактик. У цьому випадку ми можемо відповісти, чи мають частинки темної речовини деякі колізійні властивості. На початку я сказав, що те, що я знайшов, відповідає гіпотезі без зіткнень. Але були припущення, що частинки темної речовини можуть мати дуже малі колізійні властивості. Таким чином, ми могли визначити зміщення між темною речовиною та галактикою. Це дає вам безліч можливих обмежень щодо колізійних перерізів між нормальними і темними частинками речовини.
Про це дослідження повідомлялося в Space Magazine 13 грудня 2005 року.
