Астрономы составили схему темной материи, на которой зиждутся звезды и галактики.

Схема темной материи (Nasa/Esa/R.Massey)
Так представляют себе исследователи невидимую и холодную материю
Темной материей специалисты называют совокупность астрономических объектов, недоступных прямым наблюдениям современными средствами астрономии. При этом на нее приходится большая часть массы Вселенной.

Результаты исследования, о котором сообщает научный журнал Nature, представляют собой наиболее наглядное из всех имеющихся на сегодняшний день свидетельств того, как распространение галактик по космосу последовало за распространением темной материи. Дело в том, считают экспериментаторы, что темная материя при помощи своего гравитационного поля притягивает материю "обычную".

Ученые представили свои разработки на пресс-конференции, прошедшей в Сиэтле в рамках 209-й встречи Американского астрономического общества (ААО). На исследование ушла почти тысяча часов наблюдений, осуществлявшегося при помощи орбитального телескопа "Хаббл". Программа называется "Исследование космической эволюции" (Cosmos); это самый масштабный проект, предпринятый за время работы "Хаббла".

По словам одного из экспертов, результат работы - это "красивое подтверждение" стандартных теорий, объясняющих, как изменялась Вселенная на протяжении миллиардов лет.

На обычную материю - газ, звезды, планеты и галактики - приходится всего 1/6 всей материи, существующей во Вселенной. Остальное невидимо.

Если предыдущие исследования темной материи основывались на симуляции, то нынешнее исследование ставило своей целью создание крупномасштабной трехмерной схемы.

Проблема схематизации Вселенной чем-то похожа на задачу составления карты большого города, когда в распоряжении картографов имеются кадры ночной аэрофотосъемки, на которых видны только уличные фонари. А новая схема - как вид города, его пригородов и прилегающих к нему дорог при дневном освещении.

Ничего подобного до сих пор сделать не удавалось. Тем не менее, загадок остается еще предостаточно.

Искривление света

Обычная материя
Исследователи анализировали слабейшие искажения в свете далеких галактик
Карта распределения массы основана на измерениях около полумиллиона отдаленных галактик.

Руководитель проекта Ричард Масси из Калифорнийского технологического института и его коллеги использовали технологию, называемую слабым гравитационным линзированием, которая позволяет обнаружить темную материю.

Прежде чем дойти до нас, свет от дальних галактик проходит через темную материю, которая изменяет направление света примерно так же образом, как и при прохождении через линзу.

"Статистически мы понимаем, как должны выглядеть такие галактики, - говорит доктор Масси. - Если вы помещаете на пути света темную материю, то она - благодаря своей гравитации - меняет путь света. В результате мы получаем искаженную форму галактик, находящихся за темной материей. То есть мы видим их в искаженном виде, будто через множество маленьких линз, и каждая такая линза - сгусток темной материи".

Чтобы получить информацию, которая позволила бы представить картину в трехмерном виде, наблюдения "Хаббла" совместили с многоцветными данными мощных наземных телескопов.

Карта распределения темной материи подтверждает версию о том, что галактические скопления находятся в сгустках этого невидимого материала. Такие сгустки связаны друг с другом при помощи "мостиков" темной материи, называемых нитями. Сгустки и нити формируют что-то вроде сети, напоминающей паутину.

Холод и мгла

Впервые мы можем увидеть то, что там действительно находится
Профессор Карлос Френк,
университет Дарема
Доктор Эрик Линдер из американской национальной лаборатории Лоуренса в Беркли говорит, что эта работа - "большой шаг" к пониманию влияния темной материи на нашу Вселенную.

"Мы пока по-прежнему говорим лишь о малом фрагменте неба, однако это определенно самая ясная картина из всех, что удавалось получить до сих пор", - поясняет он.

А профессор Карлос Френк из британского университета Дарема сказал в интервью Би-би-си: "За применявшейся ими технологией - будущее. В следующем десятилетии, я думаю, большинство всех исследований крупных структур во Вселенной будет исследованиями структур темной материи. И в этом смысле, я полагаю, галактикам будет отводиться второстепенная роль".

"Впервые мы можем увидеть то, что там действительно находится", - говорит профессор Френк и добавляет, что проект в целом - это красивое подтверждение теории о холодной темной материи, над которой он работает.

Эта теория - ведущая гипотеза объяснения того, как со временем формировались во Вселенной различные структуры. Вскоре после Большого взрыва, говорят ее сторонники, первой крупной структурой, появившейся в космосе, стала холодная темная материя, которая затем распалась под собственной массой и породила исполинские гало, которые своей гравитацией начали всасывать в себя обычную материю и стали таким образом центрами формирований галактик.

"Голые" сгустки

Телескоп 'Хаббл'. Фото NASA
The study involved nearly 1,000 hours of Hubble observations
Однако астрономам еще предстоит найти объяснения несоответствиям во взаимодействии обычной и темной материи.

Концентрация обычной материи почти всегда нахлестывается на концентрацию темной материи - почти, но все же не всегда. И наоборот, ученые наблюдали, как концентрация темной материи иногда, кажется, никак не соответствует материи обычной.

"Это несколько противоречиво, потому что кажется, что они должны взаимодействовать между собой", - говорит Эрик Линдер.

А Карлос Френк замечает: "Для меня очень странно обнаружить то, что я бы назвал "голыми" сгустками темной материи - то есть те, что не содержат галактик. Ведь если наша теория верна, то все сгустки темной материи большого размера должны иметь галактики".

На сегодня никто не говорит о необходимости пересмотра космологических моделей, однако профессор Френк считает, что все теперь зависит от размера этих аномалий. "Очередной гигантской загадкой стала бы находка больших, светлых галактик, находящихся непонятно где, вокруг которых не было бы темной материи. Это было бы просто шоком", - говорит он.

Схема темной материи (Nasa/Esa/R.Massey)
Схема тянется примерно до полпути с той точки во времени, когда родилась Вселенная