Темного вещества больше не будет

Темное вещество.

Изучая движение вещества в галактике, астрономы научились восстанавливать распределение вещества в ее теле. При этом выяснилось, что видимых звезд, пыли и газа оказывается недостаточно, чтобы объяснить галактическую динамику. Внешние области галактик движутся так быстро, что если бы помимо видимого вещества ничего не было, они давно бы разлетелись.

Значит, что-то есть, считают большинство астрономов, и называют это что-то «темным веществом» или «скрытой массой». Как говорит один из авторов исследования, астроном Эктор Флорес из Парижской обсерватории, «темное вещество – это удобный способ называть что-то, что мы не очень понимаем».

Группа французских астрономов в сотрудничестве с коллегами из Швеции и Германии получила новые данные о темном веществе.

В его наличии мало кто сомневается. По современным представлениям, во Вселенной его гораздо больше, чем вещества обычного. Как раз вопрос «насколько больше», и как это соотношение изменилось за время существования Вселенной и интересовал авторов исследования, результаты которого скоро будут представлены в европейском журнале Astronomy & Astrophysics.

Прежде всего, астрономы выяснили, что соотношение между видимым и темным веществом в галактиках за последние 6 миллиардов лет практически не изменилось. Также стало понятно, что в то далекое время многие галактики все еще приходили в себя после бурного рождения.

В наше время обычного вещества в галактиках примерно в 30 раз меньше, чем темного. Это соотношение немножко изменяется в зависимости от типа галактик, приведенное значение относится, скорее, к галактикам спиральным, которые исследовались французами. Однако не очень понятно, как это соотношение менялось в процессе эволюции нашего мира.

Для прояснения истории «темного вещества» ученые изучали крупномасштабное движение звезд и газа в нескольких десятках крупных галактик, расположенных на полпути к границе наблюдаемой Вселенной. Свет от них шел к Земле около шести миллиардов лет, поэтому мы наблюдаем их такими, какими они были, когда Вселенная была почти вполовину моложе.

Прибор GIRAFFE

создан в сотрудничестве астрономами Европейской южной, Парижской, Женевско-Лозаннской и Англо-Австралийской обсерваторий. Мультизрачковый панорамный спектрограф.

В мультизрачковом спектрографе собранный телескопом свет передается на диспергирующий элемент – призму или, чаще, дифракционную решетку – по нескольким оптическим волокнам, заранее установленным в интересующие места фокальной плоскости («зрачки»). Этот способ позволяет одновременно получать сразу несколько спектров, в приборе GIRAFFE таких зрачков пятнадцать, каждый на небе соответствует области размером 2 на 3 угловых секунды.

Однако GIRAFFE – еще и панорамный прибор. В нем каждое из волокон разбито на двадцать крохотных «микрозрачков». Для этого на входе в волокно установлена специальная пластина из 20 микролинз, посылающих свет от каждой из двадцати областей по отдельному канальцу.

Чтобы измерить скорости звезд, астрономы под руководством Франсуа Аммера и Матье Пуэша из Парижской обсерватории, установили в фокусе одного из четырех восьмиметровых телескопов Европейской южной обсерватории новый мультизрачковый спектрограф GIRRAFE. Он позволяет одновременно получать спектры сразу 15 галактик, разбросанных по небу на расстояния до полуградуса – это диаметр полной Луны.

При этом каждый получаемый спектр также разбит на множество компонент, так что ученые по отдельности исследуют двадцать разных участков выбранной галактики. Измеряя смещение линий в этих спектрах, можно с помощью эффекта Доплера определить скорость удаления составляющих ее звезд от нас и восстановить картину вращения галактики. Если предположить, что галактика находится в равновесии, то информации о вращении оказывается достаточно, чтобы выяснить распределение тяготеющей массы в теле галактики.

Оказалось, что видимого вещества для удержания галактики в связанном виде слишком мало, и недостает примерно в тридцать раз большего количества – ровно столько же, как у галактик в окрестностях Млечного Пути в настоящий момент.

Однако измерить это отношение удалось только у примерно 60% исследованных звездных систем. Остальные 40% показывали картину вращения настолько далекую от равновесной, что ученые не решились делать какие-либо заключения об обилии скрытой массы в них.

Скорее всего, столь высокий процент неравновесных систем говорит о том, что «слияния и столкновения играют очень важную роль при формировании и эволюции галактик», – считает Аммер. В этом практические результаты теорию подтверждают.