У Всесвіті більше темної матерії, ніж звичайна матерія, і вони, як правило, всі змішуються в галактиках. У зіткненні між гігантськими кластерами галактики хмари гарячих газів у скупченнях стикаються з тертям, коли вони проходять один про одного, відокремлюючи їх від зірок. Темна речовина також не впливає на це тертя, тому астрономи змогли обчислити вплив її сили тяжіння на регулярну матерію.
Темна речовина і нормальна матерія були розкреслені надзвичайним зіткненням двох великих скупчень галактик. Це відкриття, використовуючи рентгенівську обсерваторію Чандра та інші телескопи НАСА, дає прямі докази існування темної речовини.
"Це найенергійніша космічна подія, окрім Великого вибуху, про яку ми знаємо", - сказав член команди Максим Маркевич з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики в Кембриджі, штат Массачусетс.
Ці спостереження дають найсильніші докази того, що більша частина матерії у Всесвіті темна. Незважаючи на значні докази темної матерії, деякі вчені запропонували альтернативні теорії гравітації, коли вона сильніша на міжгалактичних масштабах, ніж прогнозували Ньютон та Ейнштейн, усуваючи потребу в темній речовині. Однак такі теорії не можуть пояснити спостережувані наслідки цього зіткнення.
"Всесвіт, в якому панують темні речі, здається безглуздим, тому ми хотіли перевірити, чи є якісь основні недоліки в нашому мисленні", - сказав Даг Клоу з університету Арізони в місті Тусон і керівник дослідження. "Ці результати є прямим доказом того, що існує темна речовина".
У скупченнях галактик нормальна речовина, як і атоми, що складають зірки, планети та все на Землі, передусім у формі гарячого газу та зірок. Маса гарячого газу між галактиками набагато більша, ніж маса зірок у всіх галактиках. Ця нормальна речовина пов'язана в скупченні гравітацією ще більшої маси темної речовини. Без темної матерії, яка невидима і яку можна виявити лише через її гравітації, швидкоплинні галактики та гарячий газ швидко розліталися б.
Команді було надано більше 100 годин на телескоп Чандра для спостереження за скупченням галактик 1E0657-56. Скупчення відоме також як кульове скупчення, оскільки воно містить вражаючу кулеподібну хмару газу, що має сто мільйонів градусів. На рентгенівському знімку видно, що форма кулі обумовлена вітром, спричиненим швидкісним зіткненням меншого скупчення з більшим.
На додаток до спостереження Чандри, для визначення місця розташування маси в скупченнях використовували космічний телескоп Хаббла, дуже великий телескоп Європейської південної обсерваторії та оптичні телескопи Магеллан. Це було зроблено шляхом вимірювання ефекту гравітаційного лінзування, коли гравітація з кластерів спотворює світло від фонових галактик, як це було передбачено теорією загальної відносності Ейнштейна.
Гарячий газ при цьому зіткненні був уповільнений тягучою силою, подібною до опору повітря. Навпаки, темна матерія не сповільнювалася під впливом, оскільки вона не взаємодіє безпосередньо з собою або газом, крім сили тяжіння. Це призвело до поділу темної та нормальної речовини, що спостерігається в даних. Якби гарячий газ був наймасовішим компонентом кластерів, як це пропонували альтернативні теорії сили тяжіння, такого поділу не було б видно. Натомість потрібна темна матерія.
"Це такий результат, який майбутні теорії повинні будуть враховувати", - сказав Шон Керролл, космолог з університету Чикаго, який не був причетний до дослідження. "Коли ми рухаємось вперед, щоб зрозуміти справжню природу темної матерії, цей новий результат буде неможливо ігнорувати".
Цей результат також дає вченим більшу впевненість, що ньютонівська гравітація, знайома на Землі та у Сонячній системі, також працює на величезних масштабах галактичних скупчень.
"Ми закрили цю лазівку щодо сили тяжіння, і ми наблизилися як ніколи до цієї невидимої речовини", - сказав Клоу.
Ці результати публікуються в майбутньому випуску «Астрофізичного журналу» Листи. Центр космічних польотів Маршалла НАСА, Хантсвіл, штат Алавіа, керує програмою Чандра для управління наукової місії агентства. Смітсонівська астрофізична обсерваторія контролює наукові та льотні операції з рентгенівського центру Чандра, Кембридж, штат Массачусетс.
Оригінальне джерело: Chandra News Release
