Искривление света
 

Это изображение скопления галактик MACS J1206.2-0847 (или 1206 MACS) является частью более широкого исследования с телескопа Хаббла НАСА Space. Искажённые формы в кластере далёких галактик, в которых свет искривляется за счёт гравитационного притяжения невидимой массы, называемого тёмной материей, в скоплении галактик. Этот кластер является целью исследований, которые позволят астрономам построить карты тёмной материи.

Тёмная материя составляет большую часть массы Вселенной, и всё же она может быть обнаружена только путем измерения её гравитационного воздействия на видимую материю и искажения пространства как в комнате смеха так, что свет от далёких объектов искажается. Скопления галактик, как MACS 1206 идеально подходят для изучения гравитационных эффектов тёмной материи, потому что они самые массивные структуры во Вселенной. Из-за их веса, кластеры действуют как гигантские космические линзы, искажая и искривляя любой свет, который проходит через них - эффект, известный как гравитационные линзы.

MACS 1206 находится в 4500 миллионов световых лет от Земли. Время, когда возникли первые кластеры точно не известно, но, по оценкам, не менее 9 миллиардов лет назад и, возможно, ещё и в 12 миллиардов лет назад. Исследование кластеров может привести к разгадке ранних стадияй происхождения Вселенной.

Изображение: NASA, ESA, M. Postman (STScI).

 

Скопление галактик Abell 1689, которое находится на расстоянии 2 миллиардов световых лет, является одним из наиболее массивных объектов во Вселенной. Это изображение получено усовершенствованной камерой для обзоров, установленной на космическом телескопе им. Хаббла. Скопление Abell 1689 деформирует пространство в соответствии с теорией Эйнштейна - лучи света от галактик, лежащих за скоплением, изгибаются, в результате чего возникают кратные искривленные изображения. Мощность такой огромной гравитационной линзы зависит от её массы. Однако видимое вещество, сосредоточенное в желтоватых галактиках скопления, составляет только 1% массы, требуемой для появления голубоватых дугообразных изображений галактик фона. По существу, основная часть гравитационной массы, которая нужна для искривления пространства и проявления эффекта линзирования на космических масштабах, должна быть сосредоточена в виде темной материи. Присутствие темной материи можно проследить, наблюдая гравитационное линзирование по искривленным изображениям галактик фона.

 

 

Гравитационное поле скопления, расположенного ближе к нам, действует как огромная линза, притягивающая свет далекой галактики и сильно искривляющая её изображения. Такое явление можно видеть на недавно опубликованной фотографии, сделанной Очень Большим Телескопом. Скопление CL2244-02 состоит из множества жёлтых галактик и искривляет изображение голубоватой более далекой галактики, превращая его в огромную арку. При тщательном исследовании фото можно разглядеть по крайней мере ещё одну искривленную далекую галактику, которая выглядит красной. Если скопление образует непрерывные арки далеких галактик, это означает, что большая часть её массы представляет собой непрерывно распределенную тёмную материю, неконцентрирующуюся к видимым желтым галактикам. Изучая такие гравитационные арки можно оценить распределение тёмной материи.

 

 

Чтобы узнать, какие формы материи присутствуют в скоплении Абель 1689, нужны не только глубокие снимки с таких телескопов, как космический телескоп имени Хаббла. Необходимо также тщательное компьютерное моделирование. Для начала отметим, что каждое расплывчатое жёлтое пятно на сегодняшней фотографии — это целая галактика. Однако, при более близком рассмотрении можно заметить, что много фоновых галактик странно увеличены и искажены. Они приняли форму длинных кривых арок, исказившись под действием гравитационной линзы скопления. Компьютерный анализ положения и формы этих арок показывает, что в добавление к видимой материи в скоплении должно находится значительное количество тёмной материи. На изображении цифровое моделирование тёмной материи показано фиолетовым цветом. Скопление Абель 1689 и сейчас остаётся загадочным: арки настолько многочисленны и разнообразны, что ни одна из моделей тёмной материи не может объяснить их все. И однако они всё же соответствуют модели, объясняющей их движение. Детальное изучение скоплений галактик, таких как Абель 1689, вселяет надежду, что однажды найдётся полное решение загадки. И это решение объяснит не только тёмную материю в скоплениях, но и поможет вычислить количество тёмной энергии во Вселенной, которое должно лежать между нами и далёкими арками галактик.


 

А Вы не знаете, что это за волокна? Это — далекие фоновые галактики. Гравитация искривляет траекторию движения света, позволяя использовать гигантские скопления галактик в качестве телескопов. Почти все яркие объекты на этом изображении, полученном космическим телескопа им. Хаббла, — галактики скопления, известного под названием Эйбл 2218. Это скопление настолько массивно и компактно, что его тяготение искривляет и фокусирует свет от галактик, находящихся далеко позади него. В результате многочисленные изображения этих фоновых галактик искажаются, превращаясь в длинные тусклые дуги. Этот эффект линзирования аналогичен тому, что имеет место, когда смотришь на уличные огни сквозь бокал вина. Само скопление галактик Abell 2218 находится от нас на расстоянии около трёх миллиардов световых лет в северном созвездии Дракона. Мощность телескопа, созданного этим массивным скоплением недавно позволила астрономам зарегистрировать галактику с красным смещением, равным 5.58.

 

 

Зная степень однородности и схожести далёких фоновых галактик, можно по наблюдению искривлённых в результате гравитационного линзирования изображений оценить распределение тёмной материи. Недавно были получены результаты обработки этих искривленных изображений 200 тысяч далеких галактик. Сами изображения были получены на Канадско-Франко-Гавайском Телескопе. Результаты свидетельствуют о присутствии массивной сети тёмной материи. Будущие наблюдения возможно помогут разглядеть более подробно распределение тёмной материи. На картинке представлен результат компьютерного моделирования распределения тёмной материи, которая показана красным цветом. Голубым цветом показаны пути света от далеких галактик и их форма, искривляемые тёмной материей.