Темная материя отделяется от обычной при столкновении галактических скоплений
Международная команда астрономов наблюдает сталкивающиеся галактические скопления. Как показывает исследование при этом столкновении темная материя отделяется от видимой.
Разделение темной и обычной материи уже наблюдалось ранее в скоплении получившем название Пуля. В этом столкновении можно четко увидеть, как горячий газ отстает от темной материи после того, как два скопления галактик вошли друг друга.
Ситуация, которая имеет место в скоплении MACS J0018.5+1626, похожа, но ориентация слияния повернута примерно на 90 градусов относительно скопления Пуля: одно из массивных скоплений в MACS J0018.5+1626 летит к Земле, а другое — стремительно удаляется.
Такая ориентация дала исследователям уникальную точку обзора, с которой впервые удалось составить карту скорости как темной материи, так и обычной материи и выяснить, как они отделяются друг от друга во время столкновения скоплений галактик.
«С скоплением Пуля мы как будто сидим на трибуне, смотрим гонку и можем делать прекрасные снимки машин, движущихся слева направо по прямой», — сказал профессор Калтеха Джек Сэйерс. — «В нашем случае это больше похоже на то, что мы находимся на прямой с радаром перед машиной, которая приближается к нам, и можем получить ее скорость».
Чтобы измерить скорость обычной материи или газа в скоплении, астрономы использовали метод наблюдений, известный как кинетический эффект Сюняева-Зельдовича (СЗ). Кинетический эффект СЗ возникает, когда фотоны из ранней Вселенной — космический микроволновый фон (CMB), — рассеиваются на электронах в горячем газе по пути к Земле. Фотоны получают доплеровский сдвиг из-за движения электронов в газовых облаках вдоль нашей линии зрения. Измеряя изменение яркости микроволнового фона из-за этого сдвига, астрономы могут определить скорость газовых облаков внутри скоплений галактик.
Галактические скопления и самосвалы с песком
«Представьте себе столкновение самосвалов с песком. Темная материя похожа на песок, и она улетает вперед», — сказала Эмили Силич, астроном из Калифорнийского технологического института и Гарвардско-Смитсоновского центра астрофизики.
К 2019 году авторы работы заметили, что MACS J0018.5+1626 вело себя странно — горячий газ, или обычная материя, двигался в противоположном направлении по отношению к темной материи. Профессор Сэйерс сказал: «Даже наши коллеги, которые моделируют скопления галактик, не знали, что происходит».
Затем ученые обратились к данным рентгеновской обсерватории Chandra NASA, чтобы измерить температуру и местоположение газа в скоплениях. Авторы обнаружили, что до столкновения скопления двигались навстречу друг другу со скоростью около 3000 км в секунду, что составляет примерно один процент от скорости света.
Имея более полную картину происходящего, они смогли выяснить, почему темная материя и обычная материя как бы движутся в противоположных направлениях.
Если вернуться к аналогии с двумя самосвалами с песком, предложенной Эмили Силич, можно сказать, что к Земле движется темная материя более далекой от нас галактики, а видимая материя близкой галактики удаляется. Это и создает видимый эффект того, что темная и нормальная материя двигаются в разные стороны. Но и подтверждает, что темная материя реально отделилась от нормальной.
«Это исследование является отправной точкой для более подробных исследований природы темной материи», — говорит Эмили Силич. — «Теперь у нас есть новый тип объектов, которые показывают, что темная материя ведет себя иначе, чем обычная».