Темная материя — это таинственное вещество, которое заполняет Вселенную, и количество которого в пять раз превышает количество обычной материи. Огромные скопления темной материи уже были обнаружены в различных галактиках, но, согласно существующим теориям, из темной материи должны формироваться и скопления гораздо меньших размеров, но имеющие достаточно высокую плотность. Недавно, во время наблюдений, проводимых при помощи космического телескопа Hubble, учеными были получены доказательства существования малых скоплений темной материи, послужившие, в свою очередь, доказательствами ряда соответствующих теорий и гипотез.
Понятие темной материи возникло после того, как астрономы в 1930-х годах заметили, что некоторые галактики движутся таким способом, который предполагает наличие у них гораздо большей массы, чем масса реально наблюдаемой материи. И эта недостающая масса должна приходиться на некоторую невидимую субстанцию, которая и получила название темной материи.
Однако, поиски темной материи оказались весьма сложной задачей, так как она взаимодействует с обычной материей только посредством сил гравитации. Темную материю нельзя увидеть, пощупать, ощутить ее вкус или запах. Мы можем лишь видеть эффекты ее гравитационного влияния на окружающую среду, что сыграло огромную роль в процессе формирования и развития Вселенной.
В районах достаточно больших и плотных скоплений темной материи возникают мощные гравитационные силы, которые притягивают к себе обычную материю. И достаточно часто в результате этого процесса на свет появляются новые планеты, зажигаются молодые звезды, из которых формируются галактики и еще большие космические объекты — скопления галактик.
Описанная выше версия формирования и развития Вселенной до того вида, в котором она существует сейчас, считается самой правильной и общепринятой. Согласно этой теории темная материя является холодной, т.е. ее частицы движутся относительно медленно и в ее среде отсутствуют быстрые процессы. Как упоминалось выше, ученые уже получили доказательства существования огромных плотных облаков темной материи в галактиках. Но до последнего времени даже не было никаких намеков на существование малых «глыб» темной материи, хотя теория допускает подобное.
Благодаря наблюдениям, произведенным при помощи космического телескопа Hubble, ученые из Лаборатории НАСА по изучению реактивного движения (NASA Jet Propulsion Laboratory, JPL) и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обнаружили малые скопления темной материи с массой, приблизительно равной массе пассажирского авиалайнера.
«Темная материя, заключенная в таких малых скоплениях, является более холодной, чем это было принято считать ранее» — пишут исследователи, — «Астрономы уже проводили достаточно много наблюдений, направленных на поиски и изучение темной материи, но только нам удалось засвидетельствовать присутствие маленьких «глыб» очень холодной темной материи. И это было сделано путем сложного теоретического прогнозирования, статических наземных экспериментов и данных, полученных космическим телескопом Hubble».
Ученые во время своих поисков изучили восемь квазаров — ярких космических объектов, окружающих массивные черные дыры. Эти квазары изучались при помощи известного метода, называемого гравитационной линзой. Эффект такой линзы возникает, когда свет от далекого объекта проходит мимо другого объекта, имеющего большую массу, которая своей гравитацией изменяет траекторию света, иногда фокусируя его подобно огромной линзе. Конечно, такие гравитационные линзы никогда не имеют идеальную форму, поэтому изображение далекого объекта получается сильно искаженным и может даже дублироваться несколько раз.
В данном случае изучаемые все квазары находились приблизительно на одном расстоянии от Земли, которое составляло около 10 миллиардов световых лет. А роль гравитационных линз выполняли большие галактики, расположенные на удалении приблизительно 2 миллиардов световых лет. В большинстве случаев гравитация галактик преломляла свет от квазаров так, что их изображения дублировались минимум по четыре раза.
Сравнивая полученные искаженные изображения квазаров с тем, что ожидалось с точки зрения теоретических расчетов, ученые смогли найти местоположение и вычислить массу даже самой маленькой «глыбы» темной материи, находящейся на пути света, летевшего от квазара в сторону Земли.
«Эти маленькие «глыбы» темной материи действуют, как мельчайшие трещинки в теле гравитационной линзы, создаваемой галактикой» — пишут исследователи, — «Они несут ответственность за небольшие изменения яркости и смещение положения каждого из четырех изображений одного и того же квазара. Мы рассчитали теоретическую модель, основанную на идеально гладкой форме гравитационной линзы, и, сравнив реальные данные с данными этой модели, мы смогли определить положение, массу, температуру и некоторые другие параметры даже самых малых скоплений темной материи».
Ученые утверждают, что результаты их исследований являются первым практическим подтверждение теории о холодной темной материи. Это, в свою очередь, позволит ученым отказаться от ряда альтернативных теорий и сконцентрироваться на поисках и изучении только тех частиц-кандидатов темной материи, свойства которых вписываются в рамки наблюдаемых эффектов.
