Кольца Эйнштейна освещают тайну темной материи

Апр 24, 2023 Леонид Гляделов

Исследователи изучили гравитационную линзу, и то, что они увидели, оказалось невидимой частицей. Физики предполагают, что большая часть материи во Вселенной — это то, что невозможно увидеть, известное как темная материя. Тем не менее, ее точная природа остается нерешенной загадкой. В журнале Nature Astronomy было опубликовано новое исследование ученых из университета Гонконга, которые, используя изгиб света под действием гравитации, еще на один шаг приблизили нас к пониманию этой загадки.

Можно заметить, что гравитационное притяжение темной материи влияет на то, как движутся галактики. По оценкам, темная материя составляет примерно 85% всего материала во Вселенной, однако она не излучает, не поглощает и не отражает свет, поэтому ее практически невозможно обнаружить. За последние несколько лет ученые предложили два кандидата в частицы темной материи: вимпы и аксионы, оба из которых обладают отличительными свойствами. Считается, что вимпы существуют как отдельные частицы, в то время как аксионы, напротив, демонстрируют волнообразное поведение, обусловленное квантовой интерференцией.

Когда свет проходит через Вселенную, он может искривляться из-за массивного объекта, такого как галактика. Общая теория относительности гласит, что гравитация огромного объекта искривляет пространство и время вокруг него. Следовательно, если посмотреть на далекую галактику позади нее, то можно увидеть ее искаженное изображение. Когда две галактики расположены идеально, свет от дальней галактики будет рассеиваться по ровному кругу вокруг ближней. Это явление известно как «гравитационное линзирование», а эти круги называются «кольцами Эйнштейна».

Астрономы использовали изгиб колец и другие изображения линзирования, чтобы получить представление о характеристиках темной материи вокруг близкой галактики. В своем исследовании они изучили галактику hs 0810+2554. С помощью тщательных компьютерных моделей они смогли определить, как выглядели бы галактики, если бы темная материя состояла из вимпов или аксионов. Моделирование с вимпами не было похоже на наблюдаемую картину, однако модель с аксионами смогла точно воспроизвести каждый элемент системы.

Это исследование, возможно, не разрешит научную дискуссию вокруг темной материи, но оно открывает новые возможности. Используя наблюдения гравитационного линзирования, можно изучить волнообразную характеристику аксионов и, возможно, определить их массу.