«Кольца Эйнштейна» пролили свет на природу темной материи
Физики считают, что большая часть материи во Вселенной состоит из невидимого вещества, о котором известно только по его косвенному влиянию на звезды и галактики, — темной материи. Но природа темной материи — давняя загадка.
Новое исследование ученых Университета Гонконга, опубликованное в журнале Nature Astronomy, использует гравитационное искривление света, чтобы приблизить ответ, сообщает Conversation.
Наличие темной материи, ее гравитацию можно увидеть в поведении галактик. Темная материя, по-видимому, составляет около 85% массы Вселенной. Но она не испускает свет, не поглощает и не отражает его, что делает ее невероятно трудной для обнаружения.
По всей вероятности, у темной материи должна быть какая-то неизвестная фундаментальная частица. При этом все попытки обнаружить частицы темной материи до сих пор не увенчались успехом, и физики десятилетиями спорят о ее природе.
Сейчас есть два гипотетических кандидата на роль темной материи: относительно тяжелые частицы вимпы и чрезвычайно легкие аксионы. Вимпы должны вести себя как отдельные частицы, тогда как аксионы — больше как волны из-за квантовой интерференции.
Когда свет, путешествуя по Вселенной, проходит мимо массивного объекта, такого как галактика, он искривляется, потому что, согласно Общей теории относительности, гравитация массивного объекта искажает пространство и время вокруг себя.
В результате иногда, при взгляде на далекую галактику за ней можно увидеть искаженные изображения других. И если галактики выровняются идеально, свет от фоновой будет размазан по ровному кругу, окружая более близкую. Это искажение света называется «гравитационным линзированием», а круги, которые оно может создавать, — «кольцами Эйнштейна».
Изучая, как искажаются кольца и другие линзовые изображения, астрономы могут узнать о свойствах темной материи, окружающей более близкую галактику. В новом исследовании авторы рассматривали систему под названием HS 0810+2554.
Используя подробное комппьютерное моделирование, они выяснили, как выглядели бы галактики, если бы темная материя состояла из вимпов, а как — если из аксионов. Модель с вимпами не очень походила на наблюдаемую картину, а вот модель с аксионами точно воспроизводила все особенности системы.
Хотя это исследование еще не положит конец научным дебатам о природе темной материи, оно открывает новые возможности. Например, наблюдения гравитационного линзирования могут быть использованы для исследования волнообразной природы аксионов и потенциального измерения их массы.
